DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 5. 结论与讨论 在5月份第一次检测后，增加了文化桥东西的检测，6月结果显示，总磷、总氮、细菌总数、粪大肠菌群均有差异，其中总氮和粪大肠菌群的差异达到极显著水平。说明文化桥东西两侧水质差异较大，采样地点设置合理。文化桥东水质好于文化桥西分析其原因可能是荷花池对水质有一定的净化作用。而7月结果显示，总磷、总氮、粪大肠菌群有差异，细菌总数差异不大，但文化桥西粪大肠杆菌低于文化桥东，可能是由于降水后对水中细菌有一定的影响。 根据本单位动物组工作人员记录2016年3月25日、4月11日、4月24日、4月26日、5月1日、5月8日、5月18日、5月31日、6月17日、7月7日、7月8日共有11只麋鹿死于类似出血性肠炎的症状，其中5月18日、6月17日、7月8日样本均发现产气荚膜梭菌以外的细菌，如温和气单胞菌、泛菌属、大肠杆菌E. coli等，这些细菌的感染多与水和水生动物有关，常引起败血症、腹泻和肠内感染，会出现水样便，含血粪便，这些症状与死亡麋鹿剖检结果吻合，一定程度上说明水质对麋鹿健康有一定影响。 Table 1 The standard limited values of water quality* (Unit: mg/L 序号 项目 Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类 Ⅴ类 1 pH值(无量纲) 6~9 2 总磷(以P计)≤ 0.02 (湖、库0.01) 0.1 (湖、库0.025) 0.2 (湖、库0.05) 0.3 (湖、库0.1) 0.4 (湖、库0.2) 3 总氮(湖、库，以N计)≤ 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0 4 粪大肠菌群 ** (个/L)≤ 200 2000 10，000 20，000 40，000 表1. 地表水环境质量标准基本项目标准限值 * (单位：mg/L) * 该指标来源于：地表水环境质量标准(GB3838-2002 [ 9 ] )。 ** 无公害畜禽饮用水水质标准：总大肠菌群100个/L。 Table 2 The results of water quality test in Ma 采样地点 pH 总磷(μg/mL) 细菌总数(个/mL) 粪大肠菌群(个/L) 文化桥西1 7.71 0.096 5500 22000 茅草屋出水口2 7.89 0.09 5300 222000 东保护区3 7.76 0.106 3000 2300 平均数 7.78 0.097 4600 23150 表2. 5月各采样点水质检测数据 Table 3 The results of water quality test in Jun 地点 pH 总磷(μg/mL) 总氮(μg/mL) 细菌总数(个/mL) 粪大肠菌群(个/L) 茅草屋出水口 7.87 0.35 1.98 5300 400 观鸟台处 7.25 0.41 1.66 2450 700 文化桥西 7.33 0.26 1.14 2300 1300 文化桥东 7.16 0.34 0.5 3100 700 东保护区 7.37 0.44 0.66 3000 2000 平均 7.39 0.36 1.19 3230 1020 表3. 6月各采样点水质检测数据 Table 4 The results of water quality test in Jul 地点 pH 总磷(μg/mL) 总氮(μg/mL) 细菌总数(个/mL) 粪大肠菌群(个/L) 茅草屋出水口 8.43 0.18 1.20 2200 2700 观鸟台处 8.14 0.33 1.82 1500 1510 文化桥西 8.08 0.23 0.52 2500 1900 文化桥东 7.61 0.13 0.66 2500 2700 东保护区 7.58 0.21 0.55 2500 1400 平均 7.96 0.21 0.95 2500 2042 表4. 7月各采样点水质检测数据 Table 5 The average’s comparison of three month 月份 pH 总磷(μg/mL) 总氮(μg/mL) 细菌总数(个/mL) 粪大肠菌群(个/L) 5月 7.78 0.09 _ 4600 23150 6月 7.39 0.36 1.19 3230 1020 7月 7.96 0.21 0.95 2500 2042 表5. 5、6、7三个月数据平均值对比 水中富营养化严重，几次采样时，水面都有水华现象。观鸟台处的总磷、总氮一直偏高，平时经常观察到水华产生，这可能是因为水体补充不够及时，以后需要加大补水量。百度得知水华(Algal Blooms)指淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象，是水体富营养化的一种特征，主要由于生活及工农业生产中含有大量氮、磷的废污水进入水体后，蓝藻(又叫蓝细菌，包括颤藻、念珠藻、蓝球藻、发菜等)、绿藻、硅藻等大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一种现象。此处氮磷含量偏高，是水藻繁殖较快，经常看到水华的原因。 进入6月后，水中的pH值有降低的趋势，而此时总磷含量显著上升，茅草屋出水口附近水域常发生鱼类死亡现象，细菌总数多，与保障部联系后增加了额外增氧装置，增加补水，再加上下雨的原因，到七月份检测时，水中的总磷、总氮、细菌总数均有所下降，一定程度上说明增氧装置和补水有效。 7月份检测时，刚刚经历和大暴雨，水中细菌总数虽然有所下降，但是大肠菌群的数量和组成却发生了改变，因此并不能认为雨后水质变好，而是应该增加警惕，密切关注水体的下渗状态，同时观察麋鹿的生活状态，及时消毒或补充干净水源。 随着夏天的到来，5、6、7三个月的平均气温和湿度呈增加趋势，总磷值一定程度的增加，其他变化不明显。5月，麋鹿从东边放归到西边，东西两侧均有动物活动，大肠杆菌东边保护区数量低于西边。在领导的指示下，积极监测麋鹿等野生动物饮水健康，关注水质，增加补水增氧和消毒，以确保麋鹿的健康。 通过实验分析，未来的监测内容需要增加采样的天气、气温、补水、降雨、动物活动频率，以便更好的对结果进行讨论和分析，对麋鹿的饮水健康和生存环境进行更好的监测。
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user: 摘 要 本文基于SGD-CMA算法对光伏发电系统中MPPT控制，并针对SGD-CMA算法收敛速度的缺点提出了基于小波算法的光伏发电系统MPPT控制设计方案。本文搭建了光伏电池的仿真模型模拟分析了光伏阵列在温度、光照变化情况下的功率输出特性，仿真结果显示改进后的扰动观测法会获得更稳定的电压和功率输出，系统的可靠性增加。 关键词 :SGD-CMA算法，小波算法，最大功率点跟踪技术(MPPT)，扰动观测法
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user: 1. 引言 在20世纪及其之前的时间里的世界能源结构之中，石油、天然气和煤气占据了人类所用能源的绝对主导地位。但自从进入21世纪之后，人口的急剧上升和生活水平的大幅度提高使我们不得不在保留现有资源的基础上开发新的能源。在新时代的潮流中，太阳能光伏发电正在日渐成为最有可持续发展前景的可再生资源发电技术 [ 1 ] [ 2 ] 。 太阳能的不可预知性和波动性大导致了光伏发电系统的电能输出具有间歇性的特点，如果要是光伏发电系统一直提供较大恒定功率，那么为了维持其输出的稳定性就需要安装大容量的储能系统，但是高昂的系统建设费用和开发成本都提高很多，对于光伏发电的推广建设有弊无利 [ 3 ] 。因此，为了减少实际工程中光伏电池作为电源发电的阻力，需要对光伏发电系统采取功率调整控制策略，从而尽量保持系统持续处于在最大功率输出的运行状态中 [ 4 ] 。目前，在最大功率跟踪方面的算法主要有扰动观测法、电导增量法和恒定电压法等。扰动观测法是一种简单实用的方法，但其扰动的范围较大，快速性比较差。恒定电压法是一种简化的最大功率跟踪控制方法，该方法实现比较简单，但不能根据当前的环境状况对输出电压进行调整，不能实时追踪最大功率点。电导增量法是根据光伏阵列的瞬时电导及电导的变化量来调整光伏阵列的输出电压，跟踪最大功率点。电导增量法需要有精确的数学模型才能准确锁定最大功率点，而实际中要得到光伏输出特性的精确模型很难实现 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 。 针对已有最大功率点跟踪技术(Maximum Power Point Tracking， MPPT)算法存在的不足，本文提出一种基于小波变换的光伏发电系统MPPT控制改进算法，通过对扰动观测法进行改进达到提高其算法的收敛速度的目的。
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user: 2. 光伏系统最大功率跟踪的原理 MPPT是利用控制方法来使光伏电池达到它的最佳的输出状态，使得光能最大效率的向电能变化。目前广泛使用的算法是具有自寻优类的扰动观测法。扰动观测法采用的步进搜索的方法。当负载的特性与光伏电池的输出特性交于MPP点左侧时，扰动观测法会将交点处电压升高；当负载的特性与光伏电池的输出特性交于MPP点右侧时，扰动观测法会将交点处电压降低，持续不断这样的过程，反复进行输出电压扰动，最终会使系统保留在最大功率点的附近，原理如图1所示。 扰动观测法控制的优点主要在于操作简单，在最大功率追踪中有很高的使用频率。但缺点却也比较明显，就是震荡和误判问题。因为对于光伏电池来说，外部环境因素是不断变化的，所以P-V输出特性也具有时变性。当外部因素快速变化时，这个MPPT控制方法可能会发生误判，造成电流波形的失控。 图1. 扰动观察法原理图 另一方面，这种算法的实际工作点是在MPP附近不断进行小幅震荡，造成了功率的损失和效率的下降。所以更好的方案还是当实际工作点距离MPP点较近时，控制器能减小步长，这样同时也能提高精度。
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user: 3. 自适应SGD-CMA算法 自适应随机梯度恒模算法(SGD-CMA）算法常用在自适应信号处理中，设权重的初始向量为 ，沿均方误差函数减小的方向得到最佳权向量 ， 减小最快的方向作为负梯度方向，其递推公式为 (1) (2) 式(2)中， 表示为 的梯度函数， 为控制算法收敛速度的步长因子(取常数)，其中均方误差性能函数的梯度表达式为 (3) 其中 为输入信号的协方差矩阵， 为输入信号与参考信号之间的协方差矩阵，用 来代替梯度 ， 的表达式为 (4) 故得算法的递推公式表达式为 (5) 为保证算法收敛令 ，且 是 中的最大特征值。为了提高SGD-CMA算法的收敛速度，可以将误差由输出信号的模值与期望信号的模值之差构成，其代价函数的一般形式为 (6) 式(6)中 为信号幅度，参数p和q的值分别为1或2，取值不同的p和q可形成不同的 恒模算法。对于 和 ，可得到SGD-CMA的迭代公式表达式为 (7) (8) (9) 因此SGD-CMA算法的收敛速度与步长因子的大小之间有密切的关系。在小步长时的收敛速度变慢了；而且SGD-CMA算法在大步长时有较快的收敛速度和较好的跟踪能力。对于收敛速度、跟踪能力和稳态失调之间的矛盾可以采用变步长SGD-CMA算法解决这方面的问题。 值变大可以加快收敛速度和波束形成系统的跟踪速度；当权系数接近最佳系数时， 值变小以获得系统的稳态性。
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user: 4. 基于小波算法的变步长MPPT控制 固定步长的扰动观测法在选择步长的时候，较小的步长会提高系统的精度，让追踪的功率点更精确，但因为步长较小所以需要更多的计算，速度降低，计算量加大；较大的步长会加快整个计算进程，占用系统更小的内存空间。但实际上太阳能的不可预知性和波动性大导致了光伏发电系统的电能输出具有间歇性的特点，使得当固定步长的SGD-CMA算法的收敛速度变慢。而经过正交小波变换后接收到的信号 变成奇异矩阵，再进行SGD-CMA算法处理，可以进一步提高算法的辨别力和收敛速度，小波变步长MPPT控制模型如图2所示。 由小波多分辨分析理论可知迭代公式的表达式为 (10) 式(10)中第j级小波分解对应的矩阵 (J为分解层数) 为： 原接收信号通过小波滤波器 和尺度滤波器 被分解为低频分量和高频分量，从而减小了信号的相干性，提高自适应信号处理的速度，又由于 为稀疏矩阵，使得接收信号经过小波变换后 也变为稀疏矩阵，并具有正交化特点，使SGD-CMA算法的收敛速度得到提高，也使得扰动观测法的收敛速度提高。
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user: 5. 仿真实验 (1) 温度恒定，光照突变时不同步长对系统输出功率的影响 保持 不变，选择在 的时候给系统一个太阳光照射强度从1000 w/突然变化向400 w/的时候，对比步长为0.001和改进后的变步长的两个光伏电池输出功率曲线对比如图3所示。 (2) 辐照度恒定，温度突变时不同步长对系统输出功率的影响 保持G = 1000 w/不变，选择在 的时候给系统一个环境温度T从 突然变化向 的时候，对比步长为0.001和改进后的变步长的两个光伏电池输出功率曲线对比如图4所示。 由图3、图4可知在固定步长时候，系统趋于稳态之后依然有很大的震荡，造成大量能量的浪费，并且光伏电池输出功率的平均值是低于改进后的电池输出功率平均值的。改进后的变步长输出功率在虽然在很短的时间内有很大的震荡，这个震荡可能影响系统的稳定性，但系统迅速趋于稳态，而且完全没有震荡。
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user: 6. 小结 在太阳能发电系统实时运转的时候，我们总希望光伏电池能在最高效的状态下运行，所以就需要我们适时变动光伏阵列的输出功率的最大值点。但输出功率的最大值点受到温度、光照等因素的影响，因此根据实时的温度和光照对光伏阵列的最大功率进行跟踪控制，对有效利用光伏新能源具有重要的意义。通过分析不同的步长因子对自适应SGD-CMA算法收敛速度的影响，将小波算法与SGD-CMA自适应算 图2. 小波变步改进算法模型 图3. 步长为0.001和改进后的变步长的两个光伏电池输出功率曲线 图4. 步长为0.001和改进后的变步长的两个光伏电池输出功率曲线 法相结合，提高了算法的收敛性，并将该算法应用与光伏发电系统MPPT控制系统。仿真表明改进后的扰动观测法会获得更稳定的电压和功率输出，系统的可靠性增大。
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user: 摘 要 无刷直流电机以其结构简单、效率高及易于控制等特点，已在汽车、航天、家用电器等领域得到了广泛的应用。新型无刷直流电机是在传统无刷直流电机的基础上提出的新结构电机，该电机采用双组凸极定转子结构，并利用中央线圈替代了转子永磁体励磁，具有高气隙磁通、启动转矩大的特点。该文对电机的结构及工作原理进行了介绍。根据电机结构的基本参数，构建电机的三维模型，运用三维有限元仿真对电机的电磁特性和机械运动特性进行研究，并通过空载实验验证了新型无刷直流电机不但具有传统无刷直流电机结构简单，可靠性高的特点，而且效率高、扩速能力强，对于实现其在工业传动系统中的应用具有参考价值。 关键词 :无刷直流电机，有限元，电磁特性，机械运动特性
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user: 1. 引言 无刷直流电机以其结构简单、效率高及易于控制等特点，已在汽车辅助设备、航空航天、家用电器、工业生产等各个领域得到了广泛的应用 [ 1 ] [ 2 ] 。新型无刷直流电机是在传统无刷直流电机的基础上，提出的新型电机。其采用9-6式双组凸极定转子结构，利用“磁阻最小原理”产生切向拉力，实现电机起动、制动、停车及四象限运行；并利用中央激磁线圈产生辅助磁场，通过调节线圈直流电增减气隙磁通密度，获得宽范围气隙磁通和速度控制。因此新型无刷直流电机不但具有传统无刷直流电机结构简单，可靠性及转矩质量比高的特点，并具有转动惯量小、启动时间短、启动转矩高、扩速能力强等优势 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] ，同时避免了传统无刷直流电机永磁磁通无法调节、退磁风险、高速性能受机械强度限制等缺点 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] 。 本文介绍了新型BLDCM的结构及工作原理。运用ANSYS Maxwell软件，根据电机结构的基本参数，构建了电机的三维模型，对电机的电磁及机械运动特性进行研究。通过三维有限元方法仿真验证了电机启动时间短，启动转矩大，扩速能力强的特点。通过新型BLDCM的空载实验，电机转速特性与三维有限元仿真分析的结果基本一致，验证了电机的性能，表明此电机能够应用于要求有启动转矩大、响应速度快，调速范围宽等工况，对于实现新型BLDCM在工业传动系统中的应用具有参考价值。
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user: 2. 新型BLDCM结构及原理 新型BLDCM由定子、转子、转轴、机壳和线圈五部分构成，其整体结构截面图如图1所示。电机的定子及转子均由硅钢片叠压而成，采用9-6式的双组凸极结构，如图1(a)所示，两侧定转子完全对称于转轴中央垂直面。定子凸极上缠有励磁绕组，同侧9个绕组绕线方式相同，按照顺时针相互间隔分为A、B、C三相；两侧励磁绕组相序排列相同，绕线方式相反，两侧对应相绕组相互串联。转子固定在转轴上，随转轴旋转，定转子之间有一定的气隙。转轴与机壳同轴设置。电机通电后，通电相定子励磁绕组产生磁场，根据“磁阻最小原理”，相离最近的转子凸极会向通电相定子凸极对齐位置靠近，对应相依次通电，则转子连续转动。 两侧励磁绕组绕线方式相反，因而通电时产生的磁场方向相反，磁通由一侧定转子凸极，经机壳与另一侧定转子凸极，再经转轴传导回来，形成闭合回路，如图1(b)所示。除定子励磁绕组外，电机的线圈还包括中央激磁线圈，其固定于电机机壳中间，通入可调直流电流后，将产生轴向磁通，磁通路径与 图1. 新型无刷直流电机截面图 励磁绕组产生的磁通路径一致。当激磁线圈通入正向电流时，产生的磁通方向与励磁绕组产生的磁通方向一致，该磁势将增强气隙磁通，可增大电机输出的电磁转矩；当激磁线圈通入反向电流时，产生的磁通方向与励磁绕组产生的磁通方向相反，该磁势将抵消一部分励磁绕组产生的气隙磁通，可减小电机输出的电磁转矩。因此线圈中通入不同的可调直流电流，可以产生调磁效果，进而调节电机的转矩、转速特性，因此电机具有启动转矩大、响应速度快的优点。同时，激磁线圈替代了传统无刷直流电机的转子永磁体，从而避免了永磁磁通无法调节、退磁风险、高速性能受机械强度限制等缺点。
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user: 3. 新型BLDCM性能有限元分析 为准确分析新型BLDCM的性能，本文采用三维有限元方法对其进行仿真分析。电机额定电压为300 V；定子外径200 mm，定子极弧30˚，极数9；转子内外径分别为54 mm、107 mm，转子极弧30˚，极数6。根据电机结构的这些基本参数，在ANSYS Maxwell 软件中构建电机的三维模型，对电机的电磁特性及机械运动特性进行研究。具体分析结果如下。 3.1. 新型BLDCM磁通分析 新型BLDCM工作时，定子三相励磁绕组根据定转子凸极相对位置依次供电，将产生励磁磁通；激磁线圈通入直流也将产生与励磁磁通路径一致的磁通，改变线圈电流的大小或方向可以调节电机气隙磁通的大小。线圈中通入2 A的直流电流时，电机产生磁通的传导方向及分布如图2所示；当电机励磁绕组施加100 V的直流电压，与2 A激磁电流共同产生磁通，则电机整体磁通示意图如图3所示。 从图中可以看出，定子励磁绕组产生的磁通由一侧的定转子凸极，经机壳与另一侧的定转子凸极，再经转轴传导回来，形成闭合回路。线圈产生的磁通路径与定子励磁绕组产生的磁通一致，为轴向励磁方式，两端转子处分别构成N极和S极。如图3所示，当线圈通入正向2 A直流电时，电机整体的气隙磁通明显增大。因而可通过改变线圈通入的电流，调节电机的气隙磁通，进而改善电机的转矩、转速特性，使得电机具有启动转矩大、响应速度快的特点。 3.2. 新型BLDCM空载分析 根据上文所述，在磁密不饱和的情况下，保持电机励磁绕组电压不变，改变激磁线圈的电流将增强或减弱电机的气隙磁通，将会改变电机的转矩、转速等运行性能。因此在保持励磁绕组电压100 V，线圈电流为0 A和2 A的条件下，分别对电机进行空载仿真分析，以验证电机的性能，可得电机启动时的转矩、转速特性曲线分别如图4所示，定子励磁绕组起动电流如图5所示。 由图5可知电机快速起动趋于稳定运行后，电流很小，电机耗能小，发热少。由图4(a)电机转矩曲线可以得出，在激磁线圈未通入电流时，电机在16.8 ms达到峰值转矩97.6 N·m，稳定运行后转矩波动较小；在激磁线圈通入2 A电流时，电机在11.2 ms达到峰值转矩137.5 N·m，与激磁线圈未通入直流电的空载仿真结果相比，电机启动时的峰值转矩约提升40%，达到峰值转矩的时间缩短5.6 ms。由图4(b)电机转速曲线可以得出，在激磁线圈未通入电流时，电机在24.8 ms时达到最大转速405 rpm，并在32 ms趋于稳定转速380 rpm；在激磁线圈通入2 A电流时，电机在20 ms左右达到最大转速502 rpm，并在28 ms趋于 图2. 激磁线圈磁通示意图 图3. 电机整体磁通示意图 图4. 电机转矩及转速变化曲线 图5. 启动电流变化曲线 稳定转速455 rpm，与激磁线圈未通入直流电的空载仿真结果相比，电机启动时的最大转速约提升25%，达到最高转速的时间缩短5 ms，稳定转速约提升19%。通过激磁线圈未通入电流与通入2 A电流时的电机转矩与转速对比分析可以看出，激磁线圈通入正向直流电可起到増磁的作用，使得电机的峰值转矩与最大转速明显提升，响应速度加快，同时拓宽了电机的调速范围。通过运用三维有限元分析方法进行空载仿真分析的结果也验证了电机具有启动转矩大，响应速度快，耗能小发热少的特点。
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user: 4. 实验验证 新型BLDCM实验平台如图6所示。利用电机实验平台，在与空载仿真相同的条件下即励磁绕组电压100 V，激磁线圈电流为0 A和2 A的条件下，分别对电机进行空载试验以验证电机的性能，得到电机的转速波形如图7所示。 图6. 新型BLDCM实验平台 图7. 新型BLDCM转速实验波形 由图7可以看出，在激磁线圈未通入电流时，电机在150 ms左右达到最大转速，最大转速约为380 rpm，转速稳定运行后转速约为360 rpm；在激磁线圈通入2 A电流时，电机在100 ms左右达到最大转速，最大转速约为475 rpm，转速稳定运行后转速约为450 rpm。与激磁线圈未通入直流电的空载实验结果相比，电机启动时的最大转速约提升25%，达到最高转速的时间缩短50 ms，稳定转速约提升25%。通过对比分析可以看出，激磁线圈调磁效果明显，使电机的转速及响应速度显著提升。 实验中为保护控制系统电路，采用PWM占空比90%的方式为励磁绕组供电，而仿真时定子励磁绕组未采用PWM的方式供电，并且电机实际中会有机械摩擦及功率器件损耗的影响，因此实验结果与理想仿真情况下相比，但电机转速及响应速度略有降低。空载实验结果进一步验证了新型BLDCM能在短时达到稳定转速，转速波动小，电机运行性能良好。
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user: 5. 结论 本文研究了新型BLDCM，对电机的结构及运行原理进行了介绍，采用三维有限元方法对电机进行准确的仿真分析，并进行了电机的空载实验，通过仿真及电机空载实验数据得出以下结论： 1) 根据电机结构的基本参数，运用ANSYS Maxwell 软件构建电机的三维模型，采用三维有限元的方法对电机的电磁特性和机械运动特性等动态特性进行了研究，仿真分析结果说明激磁线圈调磁效果明显，验证了电机具有宽磁通范围、启动转矩大，响应速度快，耗能小发热少的优点。 2) 通过电机的空载实验验证了电机的性能，结果与三维有限元方法仿真分析的结果基本一致，验证了电机启动时间短、扩速能力强、转速稳定性好的优点。表明此电机能够应用于要求响应速度快、启动转矩大、调速范围宽等的工况。对于实现新型BLDCM在工业传动系统中的应用具有参考价值。
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user: 摘 要 能源互联网的建设为继电保护领域的发展提供了机遇，然而传统继电保护系统在复杂互联的电网保护中已凸显能力的不足。以广域测量技术、通信技术、计算机技术为基础，能源互联网继电保护发展为着眼于全局角度的广域保护。本文通过对能源互联网继电保护与传统继电保护的对比，介绍了能源互联网继电保护的功能、结构，以纵联差动保护为例阐述了能源互联网继电保护的主要特征，并对其未来发展进行了展望。 关键词 :能源互联网，继电保护，广域保护，纵联差动保护
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user: 1. 引言 可再生能源的大规模开发和利用将成为全球能源领域发展的主要趋势，同时也面临如何实现分布式可再生能源的广泛互联、如何提升能源系统效率和灵活性等问题与需求，以互联网理念为基础的能源互联网成为行业主要发展方向 [ 1 ] [ 2 ] 。能源互联网将给能源开发、配置、消费和生产生活各环节带来变革，但同时也为继电保护以及安全稳定控制带来了新的挑战。而目前传统继电保护在能源互联网的保护中存在一些固有问题，主要有如下几个方面 [ 3 ] ： (1) 传统继电保护，如距离保护、过电流保护等，都是以快速、可靠地从系统中切除故障元件为目的，既保护了故障元件，又排除了故障元件对系统的影响。但是能源互联网中，由于电网的高度互联，传统继电保护切除故障元件后有可能如上述大停电事故出现由潮流转移引起的连锁跳闸，从而进一步恶化系统运行状况，直到系统最终崩溃。 (2) 能源互联网运行情况较传统电网更加复杂多变；传统继电保护因整定值固定，且后备保护按阶梯整定原则整定导致协调困难、动作延时较大，容易出现拒动或误动的现象，难以适应能源互联网安全稳定运行的需要。 (3) 传统继电保护的控制判据一般局限于本地或很小范围的电网运行信息，控制目标针对的是被保护元件或电网局部的运行状态，无法从保证能源互联网运行安全的角度处理可能发生的故障。 (4) 安全稳定控制系统之间以及传统继电保护与安全稳定控制系统之间缺乏协调配合。这种状况使得能源互联网中的每个继电保护装置或安全稳定控制装置都可能成为连锁跳闸过程的参与者。 同时，随着电网规模的不断扩大以及能源互联网的建设，特高压互联网、柔性交直流输电技术、新能源在电网中的应用，使得上述继电保护问题更加凸显，这些因素不仅成为威胁电力系统安全稳定的因素，而且会制约能源互联网的发展。近十年间，通信技术的快速发展使得电力系统各元件的运行状态信息得以在大空间尺度以及小时间尺度上进行交互；此外，计算机技术的快速发展，为进电网行大数据环境下的信息处理提供了卓越的硬件平台，在此背景下，将电力系统广域信息引入继电保护和安全稳定控制的广域保护随之兴起，成为能源互联网安全保护的发展方向 [ 4 ] [ 5 ] 。由于能实时获取能源互联网的运行方式，广域保护可通过装置或系统间的信息交换实现继电保护与安全稳定控制系统的协调配合，从而有效避免传统继电保护存在的问题，保障能源互联网的安全、稳定运行 [ 6 ] 。
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user: 2. 能源互联网继电保护基本概况 2.1. 与传统继电保护的区别 作为电力系统安全运行的第一道防线，继电保护需承担两方面的基本任务：一是对于故障元件能自动、迅速、有选择性地从系统中切除，保证无故障部分的正常运行；二是能够反应电气设备故障外的不正常运行状态，根据系统运行维护情况发起警报或跳闸。传统继电保护主要以保护电力系统某一特定元件为目标设置，如图1所示 [ 7 ] 。 然而，随着现代电网的结构愈加复杂，后备保护的整定配合更加困难，通过上述配合方式在很多情况下无法保证继电保护选择性的要求。而当电网灾变发生，电网结构或运行工况发生非预设性改变时，传统保护更是难以保障电网安全，这也是近年来大停电事故规模扩散的主要原因。 能源互联网的提出借鉴了信息互联网的相关特征，在未来电网中，固态变压器将替代传统变压器并承担对分布式能源和负载的管理。不同于传统变压器，固态变压器有较强的限流作用，因此与传统电网相比，能源互联网的故障电流较小，传统继电保护中利用电流变化判断故障的方法效果将受到较大影响。另外，传统继电保护所采用的机械式断路器会造成切除系统故障时出现短暂的功率流动中断，很大程度上会干扰系统关键负荷运行，在能源互联网继电保护中，也提出了利用IGBT等电力半导体器件代替机械式结构而研制固态断路器，以保证能源互联网发生故障时能够快速的隔离故障单元。 能源互联网继电保护除了上述硬件上的更新，其相关的故障甄别、保护整定等技术也将发生改变。随着能源互联网的逐步建设，使得电力网络通信系统发生了翻天覆地的变化。目前众多变电站内部都改用以太网取代工业控制现场总线而组建了内部局域网络，高压变电站之间铺设电力光纤环网、基于PMU、WAMS的广域通信系统建立。将广域测量技术引入继电保护中，利用丰富的区域信息，使保护装置做出全局最优决策以满足速断性、选择性的要求，由此构成了能源互联网的广域继电保护。比较于传统继电保护，广域继电保护将不仅是针对某一元件的单一式保护，利用广域范围的信息采集与分析，广域继电保护将有效预防因局部保护动作而引起的潮流转移、非故障误动作等情况，同时对于分布式能源的投切具有更好的适应性。 另一方面，依靠广域测量、通信系统的建立，能源互联网继电保护将承担除传统保护以外的更多监控功能，目前并存的继电保护及紧急控制系统将在能源互联网继电保护的建设中走向融合。 2.2. 能源互联网继电保护功能划分 能源互联网对继电保护的要求，并不局限于作为继电保护保障电力元件的安全，除了沿用原有主保护以外，利用广域测量系统使后备保护的准确、速动性能更佳；同时，能源互联网继电保护系统需要保证各保护装置之间动作的协调配合，确保以最小影响范围切除故障且避免系统发生大规模连锁跳闸及崩溃现象的出现。图2所示为国际大电网会议对广域保护系统的功能划分 [ 8 ] 。 由图2可以看出，能源互联网继电保护在保留原有主保护功能外，将形成保证电气设备安全运行的 图1. 传统继电保护装置保护范围 同时还兼顾系统稳定性控制的广域后备保护。 2.3. 广域保护的基本结构 国内外对于能源互联网广域保护系统的建设因技术和硬件不同而有所区别，随着智能变电站的建设，目前出现了如图3所示的三种基本结构 [ 9 ] 。 区别于传统继电保护的结构，能源互联网继电保护充分利用广域通信网络的信息传输能力，结合智能电子设备(IDE)的信息处理能力，能够实现大数据量、广域范围的设备保护与状态监控，这是传统保护硬件平台难以完成的。
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user: 3. 能源互联网继电保护技术简述 “广域”特征是能源互联网继电保护区别于传统继电保护的主要特征，随着广域测量技术、通信技术、计算机技术的发展，能源互联网继电保护的保护范围将从传统的元件保护扩展至区域保护，由此带来的改变并不仅是保护范围的增加，同时使得继电保护能够实现对整个电网结构的动态监控，同时对分布式电源的投切以及潮流转移都具备识别能力，以下通过传统电流差动保护与广域电流差动保护的比较简述能源互联网广域保护的主要特点。 传统纵联电流差动保护以基尔霍夫电流定律为基础，利用通道将两侧测量的电流信息互传，每侧保护根据两侧的电流信息比较以判断故障位置。以图4所示的输电线路为例。 当线路发生内部故障k 1 或外部故障k 2 时，线路两侧断路器测量的电流向量和有如下区别：区内故障时， ；区外故障时， 。利用电流向量和的特征，设定继电保护装置动作整定值即可实现线路的有效保护。 纵联电流差动保护所提取的电流信息仅限于元件两侧，虽然有较好的选择性、速动性及选相能力，但由于信息范围的局限性，该方法无法兼顾故障切除对临近电网的影响，尤其对于能源互联网的保护，复杂的电网结构及分布式电源的随时投切使纵联电流差动保护难以保障系统的安全。 图2. 能源互联网广域保护功能划分 图3. 能源互联网广域保护系统基本结构：(a) 集中式结构；(b) 集成式结构；(c) 分布式结构 以纵联电流差动保护的思想，结合广域测量系统，便可提供区域化的系统保护方案，即广域电流差动保护 [ 10 ] 。能源互联网主要采用环路供电策略，以图5所示环路为例，对该环路设置广域电流差动保护。首先，利用纵联差动的思想，将整个保护系统作用域按保护范围大小划分为3类不同差动区:边界差动区、域内差动区及元件差动区。图5中最外侧虚线框为边界差动区，表示广域电流差动保护的最大保护范围，利用基尔霍夫电流定律，只需采集该框与外部电网进出线上的所有电流参数并求取向量和，即可判断故障发生于保护区内或保护区外；内部椭圆虚线框所包含的是域内差动区，图示环路根据电网结构及通信距离划分为三个不同区域，每个区域与临近区域边界处配置终端设备(如CE、IED等)，终端设备收集区域间连接进出线的电流参与差动计算，以判断故障发生的确切位置；元件差动区与纵联差动保护设置类似，通过计算元件两侧电流差动以判断元件故障 [ 11 ] 。 图4. 输电线路纵联电流差动保护 图5. 区域电网的广域电流差动保护 由上述介绍可知，传统电流差动保护仅利用电力系统元件两侧的电气信息，其保护范围局限于元件本身，虽然利用通信手段传输两侧信息，但其传输速度与精度均受限于通信通道，且当元件故障保护动作后，难以评估对邻域线路的影响，无法避免连锁故障的发生。相比之下，广域差动保护拥有更广泛的保护范围，且其保护能力随通信系统及计算机处理能力的提升而不断提升，这使得广域电流差动保护有能力评估故障点切除所产生的潮流转移。
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user: 4. 结论与展望 能源互联网继电保护系统，是在广域测量系统、互联网通信技术以及电力电子技术发展的基础上建立的。强大的硬件平台决定了该广域保护系统不再是局限于常规保护的简单作用，通过对广域信息的快速采集与同步传输，广域保护在辅助传统主保护、提高保护整定的自适应能力、简化保护配合、缩短保护动作时间等方面都有显著提升。与此同时，广域保护系统还将兼具系统安全控制的能力，实时动态的广域信息处理使广域后备保护能及时掌握系统运行状态、运行结构的改变，利用高效的算法分析，对系统潮流转移、分布式电源的投切等情况都能有效识别并控制系统的稳定运行。 能源互联网的建设，为继电保护的发展带来了新的契机，但也同时带来了前所未有的挑战，特高压电网的建设、电网规模的扩大，将造成短路电流的增大而影响保护整定可靠性降低；分布式电源的灵活接入、多变压器的运行方式带来的后备保护配合、双向潮流、系统阻抗的变化等问题均会给继电保护定值整定带来困难，保护定值的自适应能力也将受到严峻考验。这些能源互联网所带入的新问题，对继电保护提出了更高的要求，同时也为继电保护领域研究提供了更广阔的平台。
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user: 摘 要 随着越来越多的科研学者将肿瘤关注的重点投入到基因方面，染色体扩增与恶性肿瘤的关系不断被揭示和验证。本文通过探讨不同恶性肿瘤中染色体变异情况，揭示了常见染色体突变的规律，同时简洁地为临床上新的检测方法和治疗靶点提供了依据。有助于新技术和新药物的应用开展。 关键词 :染色体，肿瘤，扩增
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user: 1. 引言 近年来我国有越来越多的学者将精力投入到肿瘤研究上，在流行病、病因、基础、诊断与治疗等方面的研究均取得了可喜的成绩。特别是在基因水平上进行了深入的研究。大量文献表明肿瘤的发生与癌基因激活和抑癌基因失活有密切关系。而染色体拷贝数变异在肿瘤的发生发展过程中起到了一个重要事件。染色体扩增可导致癌基因表达上调，而染色体缺失可导致抑癌基因表达缺失。DNA异倍体是染色体异常的表型，也是细胞癌变的特征指标，与恶性肿瘤的异常增殖相关 [ 1 ] ，一般来说在染色体水平鉴定循环肿瘤细胞(CTC)更为客观及准确。不同实体瘤存在不同的染色体异常情况，具体分析说明如下：
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user: 2. 乳腺癌 乳腺癌患者中8号及17号染色体异常表达情况较为普遍，阳性率较高 [ 2 ] [ 4 ] ，并且同位于其上的c-myc/HER2/TOP2A等基因及乳腺癌Ki67/ER/病理分型等临床指标密切相关 [ 3 ] ，针对8/17号染色体倍体情况的分析，可以给予乳腺癌临床诊治判断提供有效的依据。 例如8号染色体的异常表达是浸润性导管癌的不良预后相关 [ 4 ] 。而在17号染色体的倍体分析中，与病理分级/ER表达/Nottingham指数等多种不良预后预测因子显著相关 [ 3 ] [ 5 ] [ 6 ] 。在治疗方面，多中心临床试验证实在CEP17多体情况下CEF方案组患者获益明显强于CMF组 [ 7 ] 。对于TOP2A基因调控的蒽环类药物治疗方面，CEP17多体情况下同蒽环类药敏性可获得提升 [ 3 ] [ 8 ] 。在靶向治疗预测方面，在IHC方法HER 3+情况下，CEP17非多体的患者对于单纯靶向方案不敏。
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user: 3. 肺癌 肺癌患者中8号染色体异常表达情况较为普遍，呈现较高比例的非整倍体性 [ 9 ] ；生存方面分析显示：CEP8非整倍体比例同生存期呈负相关(显著性差异)，即CEP8扩增比例大，5年生存期短 [ 10 ] ；同时，位于8号染色体上的c-myc基因扩增表达提示预后差，同时两种(CMYC扩增/P53缺失)同转移相关。而CEP8的扩增同位于其上的c-myc及P53的表达呈正相关，故CEP8的扩增与CEP17的缺失具有指导预后及转移的作用 [ 11 ] 。8号染色体扩增的CTC在不同分期的非小细胞肺癌患者中均有相对较高比例的表达，同时在以正常人及肺部良性疾病患者的对照组中，呈现较高的特异性，与其他肺癌相关瘤标对比，基于8号染色体扩增的CTC检测的灵敏性优于瘤标检测；在对接受化疗的晚期非小细胞肺癌患者治疗前、治疗后的CTC检测数目变化考察中，结果显示：CTC评价疗效结果显示出与影像学的高度一致性；同时以CTC基线值及变化值为考量因素，则对患者的PFS有更精准的预测 [ 12 ] 。
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user: 4. 肝癌 肝癌患者中1号及8号染色体呈现高比例的异常表达 [ 13 ] ；其中1号染色体尤其是位于1号染色体上的三体情况较为普遍且在正常肝组织与良性病灶中无异常，显示出较高的特异性 [ 14 ] 。 同时，基于FISH技术考察1/8号染色体在于高/中/低分化程度的肝细胞癌中的分布情况。结果显示随着病理去分化程度的上升，1/8号染色体倍体数目呈现明显的上升趋势(p ≤ 0.0002)，提示染色体不稳定性(chromosomal instability， CIN)程度随病理分化程度的下降而提升 [ 15 ] 。
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user: 5. 结直肠癌 结直肠癌患者中呈现不同比例的7号、8号染色体扩增情况 [ 16 ] 。7号染色体多体现象显示出与MET和MACC1高表达相关 [ 17 ] 。而在肝转移患者中往往呈现7号染色体高频异常，8号染色体出现缺失、增益、扩增等现象 [ 16 ] 。
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user: 6. 卵巢癌 卵巢癌患者中8号染色体扩增表达在晚期浆液性卵巢癌患者中呈现高表达，早期浆液性中则表达较少 [ 18 ] 。8号染色体上的c-myc有无扩增与年龄及预后相关，其中c-myc扩增与卵巢子宫内膜异位的恶性转化相关 [ 19 ] 。8号染色体扩增型CTC在浆液性及非浆液性卵巢癌患者中均有不同比例的表达，同时CTC数目与CA125水平存在相关性，且较之CA125，灵敏性更高 [ 20 ] 。
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user: 7. 胰腺癌 胰腺癌患者中8号染色体存在不同比例的扩增及缺失现象 [ 21 ] 。针对胰腺导管癌的研究显示：8号染色体上的c-myc基因的表达在胰腺癌侵袭过程中呈现下降的现象，结果指出c-myc扩增可能与胰腺导管癌早期发生发展有关，而与局部肿瘤的侵袭性相关性不大 [ 22 ] 。以8号染色体扩增为鉴别标识的CTC的检测研究中显示：不同分期的胰腺癌患者均有较高的CTC检出率；对接受手术的胰腺癌患者的随访显示：术后CTC阳性患者有更差的预后生存 [ 23 ] 。
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user: 8. 胃癌 胃癌患者中的17号染色体多体同肿瘤位置/远端转移/姑息手术效果/术后并发症存在显著相关性。其中的HER2扩增与低度浸润/高分化呈现极高相关性 [ 24 ] 。在进展期胃癌患者中，无论是治疗前还是治疗后8号染色体扩增的CTC均有较高的检出率。对接受化疗的AGC患者分别于治疗前、治疗后分别进行CTC检测结果显示：PR的患者治疗前8号染色体三体所占比例最低。治疗后：PR和SD的患者8号染色体四体及多体比例都明显下降，而PD患者中却上升。提示8号染色体三体存在原始性耐药，而四体与多体与用药敏感性及获得性耐药相关 [ 25 ] 。 随着越来越多的学者将肿瘤研究的关注点转移到基因水平，人们对肿瘤的检测和治疗也上升了一个新的高度。目前已有很多基因ALK， HER2， EGFR等靶向药物投入临床，在提高肿瘤病人的生存期和改善预后等方面取得十分积极的成果。另一方面，现代医学诊疗手段特别是病理分子技术的日渐成熟已经为肿瘤疾病的诊治提供了新的依据和方法。诸如FISH技术，以及基于FISH原理的CTCS和肿瘤相关的巨噬样细胞(CAMLS)均普遍运用于临床检测。虽然目前分子诊断还不能取代传统的组织活检，但是新技术的运用大大提高了临床病理报告的准确性和可靠性。每一项新技术的出现和普及都要经过一个较长的过程，但是笔者相信随着对于染色体的研究更加深入成熟，在此基础上衍生出来的技术和手段终将会成为人类攻克肿瘤的一大利器。
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user: 摘 要 大气能见度在大气污染监测和保障航空、航海及陆上交通安全等方面具有重要作用。1.5 μm能见度激光雷达具有人眼允许最大曝光功率大，易于实现眼安全，可实现小型化和模块化等优点，适用于人员密集的场所。大气能见度定义为当550 nm准直激光经大气衰减到出射功率的2%或5%时所传输的大气距离，因此当采用1.5 μm激光时，需要进行波长修正。本文总结了现有的几种波长修正模型，并对它们之间的差异进行了分析。为了比较各种模型，研制了1.5 μm能见度激光雷达，并在2014年10月份于安徽合肥进行了连续24小时的能见度观测。通过与前向散射能见度仪进行比较，确认Kim模型与合肥实际情况最为吻合，平均相对误差小于7.8%。 关键词 :能见度，1.5 μm，激光雷达，波长修正模型
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user: 1. 引言 大气能见度是表征大气透明度的物理量，其对交通运输、大气光学特性研究、环境污染监测等领域有着重要的影响。随着社会的不断发展，各类交通运输工具速度的不断提高，以及城镇居民对环境问题关注度的上升，准确测量能见度数值也愈发重要 [ 1 ] 。 能见度测量仪可以分为两种：透射式能见度仪和散射式能见度仪 [ 2 ] 。随着激光雷达技术的不断发展，激光雷达在不同领域的应用也逐渐引起人们的重视 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 。能见度激光雷达通过接收大气后向散射信号，消光系数和能见度关系。由于能见度激光雷达具有高时空分辨率，探测距离远，不仅可测量水平能见度，还可以测量斜程能见度，如今已成为各科研团队争相研制的目标 [ 6 ] 。根据Koschmieder的理论，能见度被定义为仅与大气消光系数和人眼对比度阈值相关 [ 7 ] ，因此在特定人眼对比度阈值时，能见度可以由大气消光系数反演得到。目前反演大气消光系数主要有三种方法：斜率法、Klett反演法 [ 8 ] 和Fernald反演法 [ 9 ] 。通过假定大气后向散射系数和消光系数不随距离变化，斜率法在大气较为均匀或是水平探测的情况下能够给出较为准确的结果；但在大气不均匀或是倾斜探测的情况下，由于大气后向散射系数和消光系数随距离变化，需要采用Klett反演法或是Fernald反演法。 虽然严格意义上能见度激光雷达应当使用550 nm激光进行探测，但是在实际研制能见度激光雷达时，综合考虑大气透射窗口、激光器和探测器性价比等条件，现有能见度激光雷达工作波长通常使用Nd：YAG激光器的二倍频即532 nm [ 10 ] 。1.5 μm激光相比于532 nm激光有着许多优势：1) 在紫外到近红外波段(0.3 μm~10 μm)，1.5 μm激光的人眼允许最大曝光功率最大，最易实现人眼安全；2) 由于光通讯领域的发展，配套的1.5 μm波段光纤通信器件越发成熟，易于实现仪器的集成化、小型化；3) 1.5 μm波段位于大气透射窗口，大气衰减较少 [ 11 ] [ 12 ] 。 但是由于1.5 μm与550 nm偏差很大，反演出的能见度也有很大差异，必须对1.5 μm激光的测量结果进行波长修正。现有的模型中，最早提出的是Kruse模型 [ 13 ] ，一直到2000年左右都是应用最广的波长修正模型。但自2001年以后，随着观测数据的累积，Kruse模型被发现在低能见度时误差较大，许多课题组对Kruse模型进行了修正。其中，Kim等人提出在能见度低于0.5 km，波长为0.55至1.55 μm时，能见度与波长不相关 [ 14 ] 。Naboulsi等人在平流雾和对流雾的情况下(能见度在0.05 km至1 km时)，当波长从0.69 μm到1.55 μm时，利用实验数据拟合出了波长修正模型 [ 15 ] 。Grabner于2011年，基于米散射原理，推导了在雾和霾条件下，消光系数的波长依赖关系 [ 16 ] 。然而上述模型之间存在较大差异：Kruse模型认为，对于任意能见度，消光系数随着波长增加而递减；Kim模型认为当能见度小于0.5 km时，消光系数不随波长变化；Naboulsi模型则认为消光系数随着波长的增加而增加。 本文首先总结了激光雷达中消光系数的计算方法，然后介绍了现有的几种波长修正模型的具体形式。为了验证几种模型之间的差异，利用研制的1.5 μm能见度激光雷达在合肥地区进行了连续24小时的探测，利用实测结果分析了三种波长修正模型应用于合肥地区时的误差。
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user: 2. 能见度测量原理 能见度，是反映大气透明度的一个指标，航空界定义为具有正常视力的人在当时的天气条件下还能够看清楚目标轮廓的最大距离。定量化的大气能见度被定义为当550 nm准直激光经大气衰减到出射功率的2%或5%时所传输的大气距离。 在水平大气消光均匀前提下，从辐射度量学可以推出水平能见度与大气消光系数之间的关系为 [ 17 ] ： (1) 式中， 为水平能见度， 为波长 激光在水平方向平均大气消光系数。波长 一般取为550 nm；人眼对比度阈值分为0.02 (通常光学视距)和0.05 (气象光学视距)，为了避免混淆特别指出本文所述的大气能见度是值人眼对比度阈值为0.02时的能见度。由式(1)可知通过测量大气消光系数 能够反演能见度 。 由激光雷达方程，脉冲激光雷达接收到探测距离 处的后向散射信号功率为： (2) 式中， 是 处回波信号功率， 出射功率，c是光速， 是脉宽， 是望远镜面积， 为几何重叠因子， 为大气后向散射系数， 为大气消光系数。其中几何重叠因子可以通过仪器校准获得，而 和 都是距离的函数，仅由式(2)是无法求解这两个未知数的。所以为了获得大气消光系数，必须添加一定的假设才能进行反演。主要的反演方法有以下三种： 2.1. 斜率法 为了简化推导过程，定义距离修正功率 ： (3) 则式(2)可化为： (4) 式中， 是距离 处的距离修正功率。假设大气粒子分布均匀(即后向散射系数不随距离改变)，将式(4)两边对距离求导可得： (5) 根据式(5)可知，只要探测到激光雷达后向散射信号的功率的斜率，便可以反演出大气消光系数。该方法简便易行，在水平探测时精确度较高，但由于假设了大气粒子分布均匀，在倾斜探测或是反演非均匀大气条件下能见度时的结果也误差较大，不能满足实际应用的要求。 2.2. Klett反演法 Klett假设后向散射系数与大气消光系数有指数关系： (6) 式中 为常数， 取决于激光雷达波长和气溶胶特性，一般在0.67到1之间。如果假定 为常数，则有： (7) 为最远测距， 和 分别是 处的距离修正功率和大气消光系数。Klett提出可以用斜率法估测 ： (8) 由于反演时，采用最大测距 处的值 ，之后采用积分法，从远处往近处积分。通过数值模拟发现该方法对 敏感性不高，即不会因为 的估计值出现一定误差就导致整条路径反演出现很大误差，所以Klett反演法得到的结果也比较稳定，且该方法对于非均匀大气依然有效 [ 8 ] 。 2.3. Fernald反演法 激光雷达探测过程中，同时受到大气分子和气溶胶粒子两部分作用，后向散射信号包括气溶胶米散射和分子瑞利散射两部分： (9) 和 分别是大气气溶胶和大气分子的消光系数。由于大气中分子的尺度、密度等分布相对稳定，分子的消光系数 可根据美国标准大气模式精确计算得到： (10) 式中， 和 分别指观测位置的大气压强与温度。由(10)式得出的大气分子消光系数与实际值的相对误差一般小于3%。 气溶胶的消光与后向散射系数比为 ，它依赖于激光波长、气溶胶粒径谱分布和复折射率，其取值范围一般在10 Sr到100 Sr之间，利用拉曼激光雷达可以对其进行较为准确的探测 [ 18 ] 。对于对流层气溶胶，可以假设 [ 19 ] ，这意味着气溶胶的粒径谱和化学成分不随路径变化，在水平探测均匀大气时该假设成立。另一方面，大气中分子的散射消光后向散射比为常数 。 由激光雷达雷达方程可得气溶胶后向散射系数： (11) 由式(11)和假设的气溶胶消光后向散射比可求得大气消光系数 [ 9 ] 。
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user: 3. 能见度模式 能见度激光雷达实际应用时若使用非550 nm激光，则需要进行波长修正。往常的能见度激光雷达往往使用接近550 nm的532 nm激光，而不考虑波长修正 [ 6 ] 。但在本实验中使用的是1.5 μm人眼安全能见度激光雷达，激光波长与550 nm偏差很大，若不考虑波长修正会给能见度测量带来的误差。目前已存在多种波长修正的模型，其中Kruse模型、Kim模型、Naboulsi模型是对实验数据进行拟合得到的，Grabner模型则结合了实验数据与Mie散射理论的推导。需要指出的是，这些模型所采用的数据都是本地数据，因此得出的结论与有较大差异。这几个模型的具体形式如下： 3.1. Kruse模型 Kruse模型是波长修正的一个经典模型： (12) 式中， 为激光波长，q的取值取决于能见度： (13) 式中， 为消光系数， 为能见度。 这个模型被广泛应用，后续很多模型也是在Kruse模型的基础上修正得到。当能见度小于6 km时，其反演结果与实际不符。此外该模型在能见度为6 km处不连续，直接导致当消光系数在 附近变化时，能见度却没有对应数值，明显与实际情况不符。Kruse本人也指出“模型的采用实验数据是处于薄雾状态下，因此能见度小于1 km时的结果是不准确的”。在本文后续数据处理中，对断点附近的q值不采用式(13)形式的分段函数，一律取为 。 3.2. Kim模型 Kim在Kruse模型的基础上对能见度较低时的实验数据进行了分析。Kim假设气溶胶粒径分布为修正伽马分布，认为当能见度小于6 km时，q是变量，他提出q值应为： (14) 该公式在0.5 km，1 km，6 km处均连续，而且很好的解释了低能见度雨雪天气时的情况。但它并未考虑不同地方大气成分的不同，是否在中国适用需要进行实验验证。 3.3. Naboulsi模型 法国的Naboulsi利用FASCOD软件对实验数据进行模拟得到两种雾天的波长修正模型： 平流雾： 对流雾： (15) 值得一提的是，该模型仅使用了法国尼斯的“La Turbie”基站一个站点的观测数据，而且该模型利用数据进行纯计算机拟合，因此得到的公式也与其它模型存在较大差异，只适用于特殊天气情况，没有普遍性。 3.4. Grabner模型 瑞士的Grabner通过对Mie散射的计算得出在雾霾天气下能见度与大气消光系数的关系式为： (16) 其中， (17) (18) 需要说明的是上述参数选取只适用于波长大于550 nm的情况。虽然该模型结合了Mie散射原理进行推导，但式(17)是实验数据拟合的结果，式(18)中的指数0.5也是经验值，因此该模型在不同地区的适用性有待检验。 以上四种模型针对的地点、天气均有所不同，所以得到的结果也存在差异。在激光波长1.5 μm时，四种模型得到的消光系数随能见度变化关系如图1所示。从图1中可以看出在相同消光系数时，Kruse模型和Kim模型得到的能见度较小，Naboulsi模型得到的能见度最大，而Grabner模型得到的能见度在两者之间。此外，Kruse模型与Kim模型在能见度大于6 km的情况下完全相同，在4~6 km区域两者偏差较大，这是因为Kim模型只在能见度小于6 km时才对Kruse模型进行修正。 综上所述，在不同地区，不同天气条件下，建立的波长修正都有区别。因此，1.5 μm能见度激光雷达在推广应用的过程中，必须解决的问题就是当地消光系数与能见度之间的关系与哪种模型最为接近。可行的办法是对当地实测数据分别使用Kruse模型，Kim模型，Grabner模型进行反演(只有实验时发生长时间起雾现象，才需要考虑Naboulsi模型)，然后将三个模型得到的能见度与传统能见度仪的结果进行比对分析。