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膜分離技術(shù)，是利用一張?zhí)厥庵圃斓?，有選擇透過性的薄膜，在外力推動下對混合物進行分離、提純、濃縮的一種新型分離技術(shù)，是根據(jù)混合物的物理性質(zhì)的不同用過篩的方法將其分離，或根據(jù)混合物的不同化學性質(zhì)分離開物質(zhì)。物質(zhì)通過分離膜的速度（溶解速度）取決于進入膜的速度和進入膜的表面擴散到膜的龍眼、另一表面的速度（擴散速度）。而溶解速度完全取決于被分離于膜材料之間化學性質(zhì)的差異，擴散速度除化學性質(zhì)外還與物質(zhì)的分子量有關(guān)，速度越大，透過膜所需的時間越短，混合物中各組分透過膜的速度相差越大，則分離效率越高。
3、膜分離技術(shù)在水處理中的應用
3.1膜分離技術(shù)在城市污水深度處理中的應用
城市污水深度處理和回用開始于20世紀60年代。城市污水具有量大、集中、水質(zhì)較為穩(wěn)定的特點，是一種潛在的水資源。城市污水深度處理通常以污水處理廠的二級或三級排放液為水源，用反滲透（RO）對它進行最后的脫鹽，脫COD、BOD以及微量有機物和重金屬離子的脫除，出水水質(zhì)可達到飲用水標準。但由于某些主觀原因，目前大多不直接用作飲用水。國外常將其注入地下蓄水層或淡水水庫進行自然凈化（通常需存放兩年），也有用作工業(yè)冷卻水，鍋爐用水等非飲用目的。城市缺水制約著經(jīng)濟的發(fā)展，把城市的二級出水進行處理后再生回用是解決水源短缺的一條途徑。二級排放液在進RO裝置前需進行預處理，以使進水水質(zhì)符合RO裝置的使用要求。預處理的好壞是RO技術(shù)應用成敗的關(guān)鍵。現(xiàn)在，RO前采用MF或UF預處理的深度水處理過程已成為非直接飲用水回用工程中城市廢水處理的工業(yè)標準，國內(nèi)外都在積極地采用膜技術(shù)大規(guī)模地把城市污水開發(fā)為新的水資源。我國采用“微絮凝纖維過濾+膜濾”對洗浴廢水進行了研究，試驗表明，此工藝具有出水穩(wěn)定、占地面積小的特點。天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)污水處理廠引進挪威SBR序批式活性污泥法先進工藝，每天可提供10萬噸二級生化處理出水作為水源，使污水深度處理后回用成為可能。我國的城市污水再生回用并不普及，膜技術(shù)在深度處理的應用相對也很少，今后我們還需在污水的再生回用和深度處理技術(shù)上進行研究。
3.2膜分離技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應用
由于工業(yè)的發(fā)展，大量工業(yè)廢水排入水體，這些工業(yè)廢水，面廣量大、危害深，大多含有不同濃度的化學物質(zhì)，其中有些具有較高的經(jīng)濟價值，而有些則具有毒性，對人類環(huán)境有害。為保護環(huán)境不受污染，并回收有用物質(zhì)，在工業(yè)廢水排放之前必須進行凈化處理，膜分離技術(shù)既能對工業(yè)廢水進行有效的凈化，又能回用其中的有用物質(zhì)，同時還可節(jié)省能源。膜技術(shù)在處理電鍍廢水、造紙廢水、重金屬廢水、含油廢水和印染廢水這五大類主要工業(yè)廢水中都得到了廣泛的應用。
3.3膜分離技術(shù)在飲用水處理中的應用
隨著人們生活水平的提高，對飲用水的水質(zhì)要求也越來越高，加上傳統(tǒng)工藝中的某些弊端，如加氯殺菌會使氯與水中的某些有機物反應生成新的危害巨大的三致（致癌、致突變、致畸變）化合物。膜技術(shù)用于飲用水處理是一個重大突破。水的凈化與純化是從水中去除懸浮物、細菌、病毒、無機物、農(nóng)藥、有機物和溶解氣體等，在這方面，膜分離技術(shù)發(fā)揮了其獨特的作用。膜分離中的微濾、超濾和納濾所組成的水處理方法，對去除水中的微米級的顆粒優(yōu)于常規(guī)水處理技術(shù)中的過濾能力，而且還具有去除過濾所不具備的納米級微粒的能力，可有效去除水中的懸浮物、細菌、病毒、無機物、農(nóng)藥、有機物和溶解氣體等雜質(zhì)。符合飲用水水質(zhì)不提高的要求。3.4膜分離技術(shù)在海水淡化中的應用
我國是水資源大國，同時也是水資源貧國。海水作為水資源的重要組成部分，有效利用是解決我國水資源危機的重要措施之一。目前用于海水淡化的膜技術(shù)主要有反滲透、電滲透（ED）和膜蒸餾（MD）等。2002年，萬噸級反滲透海水淡化及其組器技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程被列入國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展計劃項目。海水淡化用發(fā)滲透膜的脫鹽率高達99.6%.反滲透技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展大大降低了海水淡化的成本，現(xiàn)在反滲透已成為海水淡化制取飲用水最經(jīng)濟的手段。電滲析技術(shù)可直接將海水淡化為飲用水，但其過程對不帶電荷的物質(zhì)，如有機物、膠體、細菌、懸浮物等無脫除能力，并且能耗高，水回收率低。所以，由于反滲透海水淡化技術(shù)的出現(xiàn)，電滲析法海水淡化的比例正在逐漸降低。膜蒸餾技術(shù)具有很高的脫鹽率，可達到99.7%以上，被用于小型海水淡化，對離子、膠體、大分子等不揮發(fā)組分和無法擴散透過膜的組分的截留可到100%，并且具有設(shè)備簡單，操作容易，膜使用壽命長，能耗低等優(yōu)點。
3.5膜分離技術(shù)在苦咸水脫鹽中的應用
①設(shè)備構(gòu)造簡單、所需購置成本不高、能耗相對較低，而且在進行分離時不需要任何幫助分離的介質(zhì)；
②由于旋流器的體積較小，所以設(shè)備在安裝方面難度系數(shù)小，一旦調(diào)試好，就能持續(xù)、穩(wěn)定地工作；
③分離效率高、適應力強，受外界影響較小，工作的溫度及壓力只受旋流器結(jié)構(gòu)材料的影響。盡管如此，旋流分離技術(shù)也存在一定的缺陷：首先，在液體流動時，會產(chǎn)生剪切作用，如果設(shè)計的參數(shù)有誤，容易導致含油污水中的油滴被打碎乳化的情況出現(xiàn)，進而使分離達不到預期的效果；其次，由于物料的性質(zhì)存在差異，所以在旋流器的結(jié)構(gòu)大小和操作條件等方面，不同的油田需求也不相同，這就造成了旋流器大多不能通用；最后，在乳化油的處理上，旋流分離技術(shù)仍有待提高。
（2）國內(nèi)應用研究現(xiàn)狀。經(jīng)國內(nèi)外專家多年的努力，在旋流分離數(shù)值模擬分析、旋流管外特性研究等方面，旋流分離技術(shù)取得了重大進展，對這項技術(shù)的研究也正趨于規(guī)范和完善，目前正準備將初步的研究成果轉(zhuǎn)向產(chǎn)品化。從總體上來說，我國在含油污水的處理問題上，其技術(shù)相對較為落后、發(fā)展條件不足、人員管理較為松散、組織管理水平低?；谏鲜銮闆r，對靜態(tài)液—液旋流分離技術(shù)的研究還需要深入探討。
（3）未來研究發(fā)展趨勢。要想使液—液旋流分離技術(shù)得到更好的應用，不僅需要改進它的一些特性，如設(shè)備特性、介質(zhì)特性及操作特性，而且需要對系統(tǒng)進行全盤設(shè)計，以提高系統(tǒng)的工作效率。其中，液—液旋流技術(shù)研究的主要方向是開發(fā)新設(shè)備，以低阻高效為設(shè)備的開發(fā)標準。此外，新型旋流管的研發(fā)也十分重要。經(jīng)過多年的研究與創(chuàng)新，旋流管在結(jié)構(gòu)上有較大改進，其參數(shù)也得到優(yōu)化。除了了解該項技術(shù)的基本特性外，未來研究的一個重要領(lǐng)域是動態(tài)液—液旋流分離技術(shù)。根據(jù)國外研究的相關(guān)數(shù)據(jù)表明，動態(tài)水力旋流器的除油效果相比靜態(tài)水力旋流器除油效果更佳，尤其是對于那些細微的油滴。此外，應用這項分離技術(shù)耗能相對較小。
2膜分離技術(shù)處理采油污水
膜分離技術(shù)是超精細過濾器技術(shù)中常見的一種采油污水處理技術(shù)。膜分離技術(shù)能夠有效地處理采油污水，它主要是利用膜的選擇透過性來開展工作的。如果油粒子的粒徑為微米量級，用機械方法進行前處理。現(xiàn)階段，膜分離技術(shù)的產(chǎn)生使得傳統(tǒng)的分離技術(shù)被淘汰。根據(jù)ACHEMA展覽會的記錄可以發(fā)現(xiàn)，目前發(fā)展速度最快的過濾與分離技術(shù)即為膜分離。膜分離技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下兩個方面：首先，國外利用自身先進的科技條件，開發(fā)出多種膜制造技術(shù)，金屬材倒膜、空心纖維膜和液膜等結(jié)構(gòu)都是其重要的研究成果。其次，在膜分離技術(shù)的發(fā)展方面，已對有機聚合材料進行了開發(fā)，像聚乙烯、聚丙烯、聚礬等。膜分離技術(shù)的發(fā)展除了表現(xiàn)在以上兩個方面，還有一種復合膜。這種復合膜是將有機聚合材料與膜制造技術(shù)相結(jié)合的。
2.1超濾膜的應用現(xiàn)狀
根據(jù)相關(guān)文獻記載，超濾膜法處理乳化油廢水在國外已有幾十年的歷史。在20世紀80年代，西德已有超過250個超濾膜設(shè)備投入使用。相關(guān)資料顯示，每套設(shè)備處理含油乳狀液的能力為l~20m3/d。這個時期，膜組件分為卷式、板框式和管式三種。到80年代末90年代初，膜生產(chǎn)單位的分離技術(shù)取得了進步，能提供系列膜設(shè)備?，F(xiàn)今，上海寶鋼通過使用AbCor公司的管狀膜大型超濾設(shè)備，將乳化油廢水進行處理，效果明顯。張玉忠等人曾經(jīng)做了一個實驗，這個實驗的主要內(nèi)容為：把自行研制的MTB—I型耐溫中空纖維膜與MTB—V型加拿大的中空纖維膜的處理效果進行對比。根據(jù)實驗的結(jié)果，可直接得出一個結(jié)論：對于未經(jīng)處理的含油率高的污水，效果欠佳，與國外差距較大；對經(jīng)過預處理的含油量低的污水進行處理，效果明顯。
2.2膜器的研究進展
由于依靠改變流動狀態(tài)或設(shè)置流道障礙的傳統(tǒng)靜態(tài)十字流膜濾技術(shù)已經(jīng)不適應時代的發(fā)展，目前，技術(shù)人員已經(jīng)轉(zhuǎn)移了工作重點，重點開展新型膜器的研究，主要是對其進行利用膜運動施加離心力和外加場力兩種方式的研究。膜生物反應器污水處理技術(shù)就是新型膜器研究下的產(chǎn)物，它使得污水生物處理工程中的生物反應器與膜分離技術(shù)中的超濾組件結(jié)合在一起，這不僅提高了工作效率，還能降低能耗。由此可見，它的發(fā)展前景還是相對較好的。在油田污水中，受技術(shù)條件的限制，一些問題的處理不夠徹底，所以研制一種多強化方式的膜濾設(shè)備是十分有必要的；同時，需要建立對應的過濾理論模型，并研究其分離機理。隨著科技的進步，膜分離技術(shù)在油田采出水處理中的應用力度不斷增加。其特點主要體現(xiàn)為精度高、易自控化。受我國過濾技術(shù)水平的影響，以及經(jīng)濟條件的限制，其在大型工業(yè)化規(guī)模中投入使用的條件不夠成熟。筆者認為，膜分離法的核心技術(shù)問題體現(xiàn)在高效高滲透性膜和提高處理量兩方面，但實踐起來相對困難。綜上所述，對膜器的研究提出了更高的要求。
3過濾分離技術(shù)的展望
縱觀我國過濾分離技術(shù)研究的成果，主要集中在過濾器和過濾裝置方面，其最終目的都是為了使流體系統(tǒng)得到凈化。在一些發(fā)達國家，已經(jīng)深入對這種技術(shù)進行了探討，并且耗費了許多時間及精力。在過濾分離技術(shù)領(lǐng)域，我國沒有取得突破性成就，甚至沒有一套完整的過濾分離技術(shù)的科研生產(chǎn)體系。值得提出的是，我國的過濾材料沒有在研制計劃內(nèi)。另外，在過濾分離技術(shù)方面，還存在一些技術(shù)標準、測試設(shè)備和質(zhì)量控制等不完善的情況。在未來對過濾分離技術(shù)進行研究時，應重點放在過濾材料及過濾器方面。
1．引言
近20多年來，醫(yī)學影像已成為醫(yī)學技術(shù)中發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，其結(jié)果使臨床醫(yī)生對人體內(nèi)部病變部位的觀察更直接、更清晰，確診率也更高。20世紀70年代初，X-CT的發(fā)明曾引發(fā)了醫(yī)學影像領(lǐng)域的一場革命，與此同時，核磁共振成像象(MRI:MagneticResonanceImaging)、超聲成像、數(shù)字射線照相術(shù)、發(fā)射型計算機成像和核素成像等也逐步發(fā)展。計算機和醫(yī)學圖像處理技術(shù)作為這些成像技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)，帶動著現(xiàn)代醫(yī)學診斷正產(chǎn)生著深刻的變革。各種新的醫(yī)學成像方法的臨床應用，使醫(yī)學診斷和治療技術(shù)取得了很大的進展，同時將各種成像技術(shù)得到的信息進行互補，也為臨床診斷及生物醫(yī)學研究提供了有力的科學依據(jù)。
在目前的影像醫(yī)療診斷中,主要是通過觀察一組二維切片圖象去發(fā)現(xiàn)病變體,往往需要借助醫(yī)生的經(jīng)驗來判定。至于準確的確定病變體的空間位置、大小、幾何形狀及與周圍生物組織的空間關(guān)系,僅通過觀察二維切片圖象是很難實現(xiàn)的。因此,利用計算機圖象處理技術(shù)對二維切片圖象進行分析和處理,實現(xiàn)對人體器官、軟組織和病變體的分割提取、三維重建和三維顯示,可以輔助醫(yī)生對病變體及其它感興趣的區(qū)域進行定性甚至定量的分析,可以大大提高醫(yī)療診斷的準確性和可靠性。此外,它在醫(yī)療教學、手術(shù)規(guī)劃、手術(shù)仿真及各種醫(yī)學研究中也能起重要的輔助作用。
本文對醫(yī)學圖像處理技術(shù)中的圖像分割、紋理分析、圖像配準和圖像融合技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展進行了綜述。
2．醫(yī)學圖像三維可視化技術(shù)
2.1三維可視化概述
醫(yī)學圖像的三維可視化的方法很多，但基本步驟大體相同，如圖.。從#$/&’(或超聲等成像系統(tǒng)獲得二維斷層圖像，然后需要將圖像格式（如0(#1&）轉(zhuǎn)化成計算機方便處理的格式。通過二維濾波，減少圖像的噪聲影響，提高信噪比和消除圖像的尾跡。采取圖像插值方法，對醫(yī)學關(guān)鍵部位進行各向同性處理，獲得體數(shù)據(jù)。經(jīng)過三維濾波后，不同組織器官需要進行分割和歸類，對同一部位的不同圖像進行配準和融合，以利于進一步對某感興趣部位的操作。根據(jù)不同的三維可視化要求和系統(tǒng)平臺的能力，選擇不同的方法進行三維體繪制，實現(xiàn)三維重構(gòu)。
2.2關(guān)鍵技術(shù)：
圖像分割是三維重構(gòu)的基礎(chǔ)，分割效果直接影像三維重構(gòu)的精確度。圖像分割是將圖像分割成有意義的子區(qū)域，由于醫(yī)學圖像的各區(qū)域沒有清楚的邊界，為了解決在醫(yī)學圖像分割中遇到不確定性的問題，引入模糊理論的模糊閥值、模糊邊界和模糊聚類等概念?？焖贉蚀_的分離出解剖結(jié)構(gòu)和定位區(qū)域位置和形狀，自動或半自動的圖像分割方法是非常重要的。在實際應用中有聚類法、統(tǒng)計學模型、彈性模型、區(qū)域生長、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等適用于醫(yī)學圖像分割的具體方法。
由于可以對同一部位用不同的成像儀器多次成像，或用同一臺儀器多次成像，這樣產(chǎn)生了多模態(tài)圖像。多模態(tài)圖像提供的信息經(jīng)常相互覆蓋和具有互補性，為了綜合使用多種成像模式以提供更全面的信息，需要對各個模態(tài)的原始圖像進行配準和數(shù)據(jù)融合，其整個過程稱為數(shù)據(jù)整合。整合的第一步是將多個醫(yī)學圖像的信息轉(zhuǎn)換到一個公共的坐標框架內(nèi)的研究，使多幅圖像在空間域中達到幾何位置的完全對應，稱為三維醫(yī)學圖像的配準問題。建立配準關(guān)系后，將多個圖像的數(shù)據(jù)合成表示的過程，稱為融合。在醫(yī)學應用中，不同模態(tài)的圖像還提供了不互相覆蓋的結(jié)構(gòu)互補信息，比如，當CT提供的是骨信息，MRI提供的關(guān)于軟組織的信息，所以可以用邏輯運算的方法來實現(xiàn)它們圖像的合成。
當分割歸類或數(shù)據(jù)整合結(jié)束后，對體數(shù)據(jù)進行體繪制。體繪制一般分為直接體繪制和間接體繪制，由于三維醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)量很大，采用直接體繪制方法，計算量過重，特別在遠程應用和交互操作中，所以一般多采用間接體繪制。在圖形工作站上可以進行直接體繪制，近來隨著計算機硬件快速發(fā)展，新的算法，如三維紋理映射技術(shù)，考慮了計算機圖形硬件的特定功能及體繪制過程中的各種優(yōu)化方法，從而大大地提高了直接體繪制的速度。體繪制根據(jù)所用的投影算法不同加以分類，分為以對象空間為序的算法（又稱為體素投影法）和以圖像空間為序的算法!又稱為光線投射法"，一般來說，體素投影法繪制的速度比光線投射法快。由于三維醫(yī)學圖像的繪制目的在于看見內(nèi)部組織的細節(jié)，真實感并不是最重要的，所以在醫(yī)學應用中的繪制要突出特定診斷所需要的信息，而忽略無關(guān)信息。另外，高度的可交互性是三維醫(yī)學圖像繪制的另一個要求，即要求一些常見操作，如旋轉(zhuǎn)，放大，移動，具有很好的實時性，或至少是在一個可以忍受的響應時間內(nèi)完成。這意味著在醫(yī)學圖像繪制中，繪制時間短的可視化方法更為實用。
未來的三維可視化技術(shù)將與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，不僅僅是獲得體數(shù)據(jù)的工具，更主要的是能創(chuàng)造一個虛擬環(huán)境。
3．醫(yī)學圖像分割
醫(yī)學圖像分割就是一個根據(jù)區(qū)域間的相似或不同把圖像分割成若干區(qū)域的過程。目前,主要以各種細胞、組織與器官的圖像作為處理的對象，圖像分割技術(shù)主要基于以下幾種理論方法。
3.1基于統(tǒng)計學的方法
統(tǒng)計方法是近年來比較流行的醫(yī)學圖像分割方法。從統(tǒng)計學出發(fā)的圖像分割方法把圖像中各個像素點的灰度值看作是具有一定概率分布的隨機變量,觀察到的圖像是對實際物體做了某種變換并加入噪聲的結(jié)果,因而要正確分割圖像,從統(tǒng)計學的角度來看,就是要找出以最大的概率得到該圖像的物體組合。用吉布斯（Gibbs）分布表示的Markov隨機場(MRF)模型,能夠簡單地通過勢能形式表示圖像像素之間的相互關(guān)系,因此周剛慧等結(jié)合人腦MR圖像的空間關(guān)系定義Markov隨機場的能量形式,然后通過最大后驗概率(MAP)方法估計Markov隨機場的參數(shù),并通過迭代方法求解。層次MRF采用基于直方圖的DAEM算法估計標準有限正交混合(SFNM)參數(shù)的全局最優(yōu)值,并基于MRF先驗參數(shù)的實際意義,采用一種近似的方法來簡化這些參數(shù)的估計。林亞忠等采用的混合金字塔Gibbs隨機場模型,有效地解決了傳統(tǒng)最大后驗估計計算量龐大和Gibbs隨機場模型參數(shù)無監(jiān)督及估計難等問題,使分割結(jié)果更為可靠。
3.2基于模糊集理論的方法
醫(yī)學圖像一般較為復雜，有許多不確定性和不精確性，也即模糊性。所以有人將模糊理論引入到圖像處理與分析中，其中包括用模糊理論來解決分割問題?；谀：碚摰膱D形分割方法包括模糊閾值分割方法、模糊聚類分割方法等。模糊閾值分割技術(shù)利用不同的S型隸屬函數(shù)來定義模糊目標，通過優(yōu)化過程最后選擇一個具有最小不確定性的S函數(shù)，用該函數(shù)表示目標像素之間的關(guān)系。這種方法的難點在于隸屬函數(shù)的選擇。模糊C均值聚類分割方法通過優(yōu)化表示圖像像素點與C各類中心之間的相似性的目標函數(shù)來獲得局部極大值，從而得到最優(yōu)聚類。Venkateswarlu等[改進計算過程，提出了一種快速的聚類算法。
3.2.1基于模糊理論的方法
模糊分割技術(shù)是在模糊集合理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它可以很好地處理MR圖像內(nèi)在的模糊性和不確定性,而且對噪聲不敏感。模糊分割技術(shù)主要有模糊閾值、模糊聚類、模糊邊緣檢測等。在各種模糊分割技術(shù)中,近年來模糊聚類技術(shù),特別是模糊C-均值(FCM)聚類技術(shù)的應用最為廣泛。FCM是一種非監(jiān)督模糊聚類后的標定過程,非常適合存在不確定性和模糊性特點的MR圖像。然而,FCM算法本質(zhì)上是一種局部搜索尋優(yōu)技術(shù),它的迭代過程采用爬山技術(shù)來尋找最優(yōu)解,因此容易陷入局部極小值,而得不到全局最優(yōu)解。近年來相繼出現(xiàn)了許多改進的FCM分割算法,其中快速模糊分割(FFCM)是最近模糊分割的研究熱點。FFCM算法對傳統(tǒng)FCM算法的初始化進行了改進,用K-均值聚類的結(jié)果作為模糊聚類中心的初值,通過減少FCM的迭代次數(shù)來提高模糊聚類的速度。它實際上是兩次尋優(yōu)的迭代過程,首先由K-均值聚類得到聚類中心的次最優(yōu)解,再由FCM進行模糊聚類,最終得到圖像的最優(yōu)模糊分割。
3.2.2基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法
按拓撲機構(gòu)來分,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可分為前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。目前已有各種類型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應用于醫(yī)學圖像分割,如江寶釧等利用MRI多回波性,采用有指導的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為分類器,對腦部MR圖像進行自動分割。而Ahmed和Farag則是用自組織Kohenen網(wǎng)絡(luò)對CT/MRI腦切片圖像進行分割和標注,并將具有幾何不變性的圖像特征以模式的形式輸入到Kohenen網(wǎng)絡(luò),進行無指導的體素聚類,以得到感興趣區(qū)域。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(FNN)分割技術(shù)越來越多地得到學者們的青睞,黃永鋒等提出了一種基于FNN的顱腦MRI半自動分割技術(shù),僅對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理前和處理后的數(shù)據(jù)進行模糊化和去模糊化,其分割結(jié)果表明FNN分割技術(shù)的抗噪和抗模糊能力更強。
3.2.3基于小波分析的分割方法
小波變換是近年來得到廣泛應用的一種數(shù)學工具，由于它具有良好的時一頻局部化特征、尺度變化特征和方向特征，因此在圖像處理上得到了廣泛的應用。
小波變換和分析作為一種多尺度多通道分析工具，比較適合對圖像進行多尺度的邊緣檢測，典型的有如Mallat小波模極大值邊緣檢測算法[6
3.3基于知識的方法
基于知識的分割方法主要包括兩方面的內(nèi)容:(1)知識的獲取,即歸納提取相關(guān)知識,建立知識庫；(2)知識的應用,即有效地利用知識實現(xiàn)圖像的自動分割。其知識來源主要有:(1)臨床知識,即某種疾病的癥狀及它們所處的位置；(2)解剖學知識,即某器官的解剖學和形態(tài)學信息,及其幾何學與拓撲學的關(guān)系,這種知識通常用圖譜表示；(3)成像知識,這類知識與成像方法和具體設(shè)備有關(guān)；(4)統(tǒng)計知識,如MI的質(zhì)子密度(PD)、T1和T2統(tǒng)計數(shù)據(jù)。Costin等提出了一種基于知識的模糊分割技術(shù),首先對圖像進行模糊化處理,然后利用相應的知識對各組織進行模糊邊緣檢測。而謝逢等則提出了一種基于知識的人腦三維醫(yī)學圖像分割顯示的方法。首先,以框架為主要表示方法,建立完整的人腦三維知識模型,包含腦組織幾何形態(tài)、生理功能、圖像灰度三方面的信息；然后,采用“智能光線跟蹤”方法,在模型知識指導下直接從體積數(shù)據(jù)中提取并顯示各組織器官的表面。
3.4基于模型的方法
該方法根據(jù)圖像的先驗知識建立模型,有動態(tài)輪廓模型(ActiveContourModel,又稱Snake)、組合優(yōu)化模型等,其中Snake最為常用。Snake算法的能量函數(shù)采用積分運算,具有較好的抗噪性,對目標的局部模糊也不敏感,但其結(jié)果常依賴于參數(shù)初始化,不具有足夠的拓撲適應性,因此很多學者將Snake與其它方法結(jié)合起來使用,如王蓓等利用圖像的先驗知識與Snake結(jié)合的方法,避開圖像的一些局部極小點,克服了Snake方法的一些不足。Raquel等將徑向基網(wǎng)絡(luò)(RBFNNcc)與Snake相結(jié)合建立了一種混合模型,該模型具有以下特點:(1)該混合模型是靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)和動態(tài)模型的有機結(jié)合；(2)Snake的初始化輪廓由RBFNNcc提供；(3)Snake的初始化輪廓給出了最佳的控制點；(4)Snake的能量方程中包含了圖像的多譜信息。Luo等提出了一種將livewire算法與Snake相結(jié)合的醫(yī)學圖像序列的交互式分割算法,該算法的特點是在少數(shù)用戶交互的基礎(chǔ)上,可以快速可靠地得到一個醫(yī)學圖像序列的分割結(jié)果。
由于醫(yī)學圖像分割問題本身的困難性，目前的方法都是針對某個具體任務而言的，還沒有一個通用的解決方法。綜觀近幾年圖像分割領(lǐng)域的文獻，可見醫(yī)學圖像分割方法研究的幾個顯著特點：（1）學者們逐漸認識到現(xiàn)有任何一種單獨的圖像分割算法都難以對一般圖像取得比較滿意的結(jié)果，因而更加注重多種分割算法的有效結(jié)合；（2）在目前無法完全由計算機來完成圖像分割任務的情況下，半自動的分割方法引起了人們的廣泛注意，如何才能充分利用計算機的運算能力，使人僅在必要的時候進行必不可少的干預，從而得到滿意的分割結(jié)果是交互式分割方法的核心問題；（3）新的分割方法的研究主要以自動、精確、快速、自適應和魯棒性等幾個方向作為研究目標，經(jīng)典分割技術(shù)與現(xiàn)代分割技術(shù)的綜合利用（集成技術(shù)）是今后醫(yī)學圖像分割技術(shù)的發(fā)展方向。
4．醫(yī)學圖像配準和融合
醫(yī)學圖像可以分為解剖圖像和功能圖像2個部分。解剖圖像主要描述人體形態(tài)信息，功能圖像主要描述人體代謝信息。為了綜合使用多種成像模式以提供更全面的信息，常常需要將有效信息進行整合。整合的第一步就是使多幅圖像在空間域中達到幾何位置的完全對應，這一步驟稱為“配準”。整合的第二步就是將配準后圖像進行信息的整合顯示，這一步驟稱為“融合”。
在臨床診斷上，醫(yī)生常常需要各種醫(yī)學圖像的支持，如CT、MRI、PET、SPECT以及超聲圖像等，但無論哪一類的醫(yī)學圖像往往都難以提供全面的信息，這就需要將患者的各種圖像信息綜合研究19]，而要做到這一點，首先必須解決圖像的配準(或叫匹配)和融合問題。醫(yī)學圖像配準是確定兩幅或多幅醫(yī)學圖像像素的空間對應關(guān)系；而融合是指將不同形式的醫(yī)學圖像中的信息綜合到一起，形成新的圖像的過程。圖像配準是圖像融合必需的預處理技術(shù)，反過來，圖像融合是圖像配準的一個目的。
4.1醫(yī)學圖像配準
醫(yī)學圖像配準包括圖像的定位和轉(zhuǎn)換，即通過尋找一種空間變換使兩幅圖像對應點達到空間位置上的配準，配準的結(jié)果應使兩幅圖像上所有關(guān)鍵的解剖點或感興趣的關(guān)鍵點達到匹配。20世紀90年代以來，醫(yī)學圖像配準的研究受到了國內(nèi)外醫(yī)學界和工程界的高度重視，1993年P(guān)etra等]綜述了二維圖像的配準方法，并根據(jù)配準基準的特性，將圖像配準的方法分為兩大類：基于外部特征（有框架）的圖像配準和基于內(nèi)部特征（無框架）的圖像配準?；谕獠刻卣鞯姆椒òⅢw定位框架法、面膜法及皮膚標記法等?；谕獠刻卣鞯膱D像配準，簡單易行，易實現(xiàn)自動化，能夠獲得較高的精度，可以作為評估無框架配準算法的標準。但對標記物的放置要求高，只能用于同一患者不同影像模式之間的配準，不適用于患者之間和患者圖像與圖譜之間的配準，不能對歷史圖像做回溯性研究?；趦?nèi)部特征的方法是根據(jù)一些用戶能識別出的解剖點、醫(yī)學圖像中相對運動較小的結(jié)構(gòu)及圖像內(nèi)部體素的灰度信息進行配準?；趦?nèi)部特征的方法包括手工交互法、對應點配準法、結(jié)構(gòu)配準法、矩配準法及相關(guān)配準法?；趦?nèi)部特征的圖像配準是一種交互性方法，可以進行回顧性研究，不會造成患者不適，故基于內(nèi)部特征的圖像配準成為研究的重點。
近年來，醫(yī)學圖像配準技術(shù)有了新的進展，在配準方法上應用了信息學的理論和方法，例如應用最大化的互信息量作為配準準則進行圖像的配準，在配準對象方面從二維圖像發(fā)展到三維多模醫(yī)學圖像的配準。例如Luo等利用最大互信息法對CT-MR和MR-PET三維全腦數(shù)據(jù)進行了配準，結(jié)果全部達到亞像素級配準精度。在醫(yī)學圖像配準技術(shù)方面引入信號處理技術(shù)，例如傅氏變換和小波變換。小波技術(shù)在空間和頻域上具有良好的局部特性，在空間和頻域都具有較高的分辨率，應用小波技術(shù)多分辨地描述圖像細貌，使圖像由粗到細的分級快速匹配，是近年來醫(yī)學圖像配準的發(fā)展之一。國內(nèi)外學者在這方面作了大量的工作，如Sharman等提出了一種基于小波變換的自動配準剛體圖像方法，使用小波變換獲得多模圖像特征點然后進行圖像配準，提高了配準的準確性。另外，非線性配準也是近年來研究的熱點，它對于非剛性對象的圖像配準更加適用，配準結(jié)果更加準確。
目前許多醫(yī)學圖像配準技術(shù)主要是針對剛性體的配準，非剛性圖像的配準雖然已經(jīng)提出一些解決的方法，但同剛性圖像相比還不成熟。另外，醫(yī)學圖像配準缺少實時性和準確性及有效的全自動的配準策略。向快速和準確方面改進算法，使用最優(yōu)化策略改進圖像配準以及對非剛性圖像配準的研究是今后醫(yī)學圖像配準技術(shù)的發(fā)展方向。
4.2醫(yī)學圖像融合
圖像融合的主要目的是通過對多幅圖像間的冗余數(shù)據(jù)的處理來提高圖像的可讀性,對多幅圖像間的互補信息的處理來提高圖像的清晰度。不同的醫(yī)學影像設(shè)備獲取的影像反映了不同的信息：功能圖像（SPECT、PET等）分辨率較差，但它提供的臟器功能代謝和血液流動信息是解剖圖像所不能替代的；解剖圖像（CT、MRI、B超等）以較高的分辨率提供了臟器的解剖形態(tài)信息，其中CT有利于更致密的組織的探測，而MRI能夠提供軟組織的更多信息。多模態(tài)醫(yī)學圖像的融合把有價值的生理功能信息與精確的解剖結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，可以為臨床提供更加全面和準確的資料。
醫(yī)學圖像的融合可分為圖像融合的基礎(chǔ)和融合圖像的顯示。（1）圖像融合的基礎(chǔ)：目前的圖像融合技術(shù)可以分為2大類，一類是以圖像像素為基礎(chǔ)的融合法；另一類是以圖像特征為基礎(chǔ)的融合方法。以圖像像素為基礎(chǔ)的融合法模型可以表示為：
其中，為融合圖像，為源圖像，為相應的權(quán)重。以圖像特征為基礎(chǔ)的融合方法在原理上不夠直觀且算法復雜，但是其實現(xiàn)效果較好。圖像融合的步驟一般為：①將源圖像分別變換至一定變換域上；②在變換域上設(shè)計一定特征選擇規(guī)則；③根據(jù)選取的規(guī)則在變換域上創(chuàng)建融合圖像；④逆變換重建融合圖像。（2）融合圖像的顯示：融合圖像的顯示方法可分成2種：空間維顯示和時間維顯示。
目前，醫(yī)學圖像融合技術(shù)中還存在較多困難與不足。首先，基本的理論框架和有效的廣義融合模型尚未形成。以致現(xiàn)有的技術(shù)方法還只是針對具體病癥、具體問題發(fā)揮作用，通用性相對較弱。研究的圖像以CT、MRI、核醫(yī)學圖像為主，超聲等成本較低的圖像研究較少且研究主要集中于大腦、腫瘤成像等；其次，由于成像系統(tǒng)的成像原理的差異，其圖像采集方式、格式以及圖像的大小、質(zhì)量、空間與時間特性等差異大，因此研究穩(wěn)定且精度較高的全自動醫(yī)學圖像配準與融合方法是圖像融合技術(shù)的難點之一；最后，缺乏能夠客觀評價不同融合方法融合效果優(yōu)劣的標準，通常用目測的方法比較融合效果，有時還需要利用到醫(yī)生的經(jīng)驗。
在圖像融合技術(shù)研究中，不斷有新的方法出現(xiàn)，其中小波變換在圖像融合中的應用，基于有限元分析的非線性配準以及人工智能技術(shù)在圖像融合中的應用將是今后圖像融合研究的熱點與方向。隨著三維重建顯示技術(shù)的發(fā)展，三維圖像融合技術(shù)的研究也越來越受到重視，三維圖像的融合和信息表達，也將是圖像融合研究的一個重點。
5．醫(yī)學圖像紋理分析
一般認為圖像的紋理特征描述物體表面灰度或顏色的變化,這種變化與物體自身屬性有關(guān),是某種紋理基元的重復。Sklansky早在1978年給出了一個較為適合于醫(yī)學圖像的紋理定義:“如果圖像的一系列固有的統(tǒng)計特性或其它的特性是穩(wěn)定的、緩慢變化的或者是近似周期的,那么則認為圖像的區(qū)域具有不變的紋理”。紋理的不變性即指紋理圖像的分析結(jié)果不會受到旋轉(zhuǎn)、平移、以及其它幾何處理的影響。目前從圖像像素之間的關(guān)系角度,紋理分析方法主要包括以下幾種。
5.1統(tǒng)計法
統(tǒng)計分析方法主要是基于圖像像素的灰度值的分布與相互關(guān)系,找出反映這些關(guān)系的特征?；驹硎沁x擇不同的統(tǒng)計量對紋理圖像的統(tǒng)計特征進行提取。這類方法一般原理簡單,較易實現(xiàn),但適用范圍受到限制。該方法主要適合醫(yī)學圖像中那些沒有明顯規(guī)則性的結(jié)構(gòu)圖像,特別適合于具有隨機的、非均勻性的結(jié)構(gòu)。統(tǒng)計分析方法中,最常用的是共生矩陣法,其中有灰度共生矩陣(graylevelco-occurrencematrix,GLCM)和灰度—梯度共生矩陣。杜克大學的R.Voracek等使用GLCM對肋間周邊區(qū)提取的興趣區(qū)(regionofinterest,ROI)進行計算,測出了有意義的紋理參數(shù)。另外,還有長游程法(runlengthmatrix,RLM),其紋理特征包括短游程優(yōu)勢、長游程優(yōu)勢、灰度非均勻化、游程非均勻化、游程百分比等,長游程法是對圖像灰度關(guān)系的高階統(tǒng)計,對于給定的灰度游程,粗的紋理具有較大的游程長度,而細的紋理具有較小的游程長度。
5.2結(jié)構(gòu)法
結(jié)構(gòu)分析方法是分析紋理圖像的結(jié)構(gòu),從中獲取結(jié)構(gòu)特征。結(jié)構(gòu)分析法首先將紋理看成是有許多紋理基元按照一定的位置規(guī)則組成的,然后分兩個步驟處理（1）提取紋理基元；（2）推論紋理基元位置規(guī)律。目前主要用數(shù)學形態(tài)學方法處理紋理圖像,該方法適合于規(guī)則和周期性紋理,但由于醫(yī)學圖像紋理通常不是很規(guī)則,因此該方法的應用也受到限制,實際中較少采用。
5.3模型法
模型分析方法認為一個像素與其鄰域像素存在某種相互關(guān)系,這種關(guān)系可以是線性的,也可以是符合某種概率關(guān)系的。模型法通常有自回歸模型、馬爾科夫隨機場模型、Gibbs隨機場模型、分形模型,這些方法都是用模型系數(shù)來表征紋理圖像,其關(guān)鍵在于首先要對紋理圖像的結(jié)構(gòu)進行分析以選擇到最適合的模型,其次為如何估計這些模型系數(shù)。如何通過求模型參數(shù)來提取紋理特征,進行紋理分析,這類方法存在著計算量大,自然紋理很難用單一模型表達的缺點。
5.4頻譜法
頻譜分析方法主要基于濾波器理論，包括傅立葉變換法、Gabor變換法和小波變換法。
1973年Bajcsy使用傅立葉濾波器方法分析紋理。Indhal等利用2-D快速傅立葉變換對紋理圖像進行頻譜分析,從而獲得紋理特征。該方法只能完成圖像的頻率分解,因而獲得的信息不是很充分。1980年Laws對圖像進行傅氏變換,得出圖像的功率譜,從而提取紋理特征進行分析。
Gabor函數(shù)可以捕捉到相當多的紋理信息,且具有極佳的空間/頻域聯(lián)合分辨率,因此在實際中獲得了較廣泛的應用。小波變換法大體分金子塔形小波變換法和樹形小波變換法(小波包法)。
小波變換在紋理分析中的應用是Mallat在1989年首先提出的,主要用二值小波變換(DiscreteWaveletTransform,DWT),之后各種小波變換被用于抽取紋理特征。傳統(tǒng)的金字塔小波變換在各分解級僅對低頻部分進行分解,所以利用金字塔小波變換進行紋理特征提取是僅利用了紋理圖像低頻子帶的信息,但對某些紋理,其中高頻子帶仍含有有關(guān)紋理的重要特征信息(如對具有明顯的不規(guī)則紋理的圖像,即其高頻子帶仍含有有關(guān)紋理的重要特征)得不到利用。使用在每個分解級對所有的頻率通道均進行分解的完全樹結(jié)構(gòu)小波變換提取特征,能夠較全面地提取有關(guān)紋理特征。
由于醫(yī)學圖像及其紋理的復雜性，目前還不存在通用的適合各類醫(yī)學圖像進行紋理分析的方法，因而對于各類不同特點的醫(yī)學圖像就必須采取有針對性地最適合的紋理分析技術(shù)。另外，在應用某一種紋理分析方法對圖像進行分析時，尋求最優(yōu)的紋理特征與紋理參數(shù)也是目前醫(yī)學圖像紋理分析中的重點和難點。
6．總結(jié)
隨著遠程醫(yī)療技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對醫(yī)學圖像處理提出的要求也越來越高。醫(yī)學圖像處理技術(shù)發(fā)展至今，各個學科的交叉滲透已是發(fā)展的必然趨勢，其中還有很多亟待解決的問題。有效地提高醫(yī)學圖像處理技術(shù)的水平，與多學科理論的交叉融合、醫(yī)務人員和理論技術(shù)人員之間的交流就顯得越來越重要。多維、多參數(shù)以及多模式圖像在臨床診斷（包括病灶檢測、定性，臟器功能評估，血流估計等）與治療（包括三維定位、體積計算、外科手術(shù)規(guī)劃等）中將發(fā)揮更大的作用。
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“電力技術(shù)是通向可持續(xù)發(fā)展的橋梁”，這個論斷已經(jīng)逐漸成為人們的共識。研究表明，為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，應盡可能把一次能源轉(zhuǎn)換為電能使用，提高電力在終端能源中的比例。因為，在保證相同的能源服務水平的前提下,使用電力這種優(yōu)質(zhì)能源最清潔、方便，易于控制、效率最高。如果能將大量分散燃用的化石燃料都高效潔凈地轉(zhuǎn)換為電力使用，人們賴以生存的環(huán)境和生活質(zhì)量就會大大改善。因此，電能高效潔凈地生產(chǎn)、傳輸、儲存、分配和使用的技術(shù)將成為下世紀電力技術(shù)的重點領(lǐng)域。電力技術(shù)屬于傳統(tǒng)技術(shù)的范疇，技術(shù)創(chuàng)新和出現(xiàn)重大突破的機會要比信息科學、生命科學、材料科學等新興學科少得多。但是，應該看到，電力技術(shù)與其他學科的相互交叉和滲透的趨勢越來越明顯。電力研究的一些前沿課題反映了這種趨勢。以下將對若干電力前沿技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展前景進行評述。
1分布式電源
分布式發(fā)電裝置（DistributedGeneration）是指功率為數(shù)千瓦至50MW小型模塊式的、與環(huán)境兼容的獨立電源。這些電源由電力部門、電力用戶或第3方所有，用以滿足電力系統(tǒng)和用戶特定的要求。如調(diào)峰、為邊遠用戶或商業(yè)區(qū)和居民區(qū)供電，節(jié)省輸變電投資、提高供電可靠性等等。
當今的分布式電源主要是指用液體或氣體燃料的內(nèi)燃機(IC)、微型燃氣輪機（Microtur_bines）和各種工程用的燃料電池（FuelCell）。因其具有良好的環(huán)保性能，分布式電源與“小機組”已不是同一概念。
1.1應用背景
由于公眾對輸電線路可能產(chǎn)生的電磁影響的憂慮，開辟新的線路走廊越來越困難。例如，北美和西歐許多國家已決定一般不再興建新的輸電線路。于是，直接安置在用戶近旁的分布式發(fā)電裝置便成為一種替代方案。其次，與大電網(wǎng)配合，分布式電源可大大地提高供電可靠性，可在電網(wǎng)崩潰和意外災害（例如地震、暴風雪、人為破壞、戰(zhàn)爭）情況下，維持重要用戶的供電。加拿大魁北克省1997年冰雪災造成輸配電線路災難性破壞，引起大面積停電，許多重要用戶長期不能恢復供電。人們認識到，如果能有與電網(wǎng)配合的分布式電源在運轉(zhuǎn)，供電可靠性將會大大地提高，一些災難性后果是可以避免的。
對供電網(wǎng)難以達到的邊遠分散用戶，分布式電源在技術(shù)經(jīng)濟上具有競爭力。此外，發(fā)展電動車電源是研究發(fā)展分布式電源的重要推動力。
1.2微型燃氣輪機
微型燃氣輪機（MicroTurbine）,是功率為幾千瓦至幾十千瓦，轉(zhuǎn)速為96000r/min，以天然氣、甲烷、汽油、柴油為燃料的超小型燃氣輪機，工作溫度500℃，其發(fā)電效率可達30%。目前國外已進入示范階段。其技術(shù)關(guān)鍵是高速軸承、高溫材料、部件加工等。可見，電工技術(shù)的突破常常取決于材料科學的進步。
1.3燃料電池
燃料電池是直接把燃料的化學能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。它是一種很有發(fā)展前途的潔凈和高效的發(fā)電方式，被稱為21世紀的分布式電源。
1.3.1燃料電池的工作原理
燃料電池的工作原理頗似電解水的逆過程。氫基燃料送入燃料電池的陽極(電源的負極)轉(zhuǎn)變?yōu)闅潆x子，空氣中的氧氣送入燃料電池的陰極(電源的正極)，負氧離子通過2極間離子導電的電解質(zhì)到達陽極與氫離子結(jié)合成水，外電路則形成電流。
通常，完整的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)由電池堆、燃料供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電力電子換流器、保護與控制及儀表系統(tǒng)組成。其中，電池堆是核心。低溫燃料電池還應配備燃料改質(zhì)器（又稱為燃料重整器）。高溫燃料電池具有內(nèi)重整功能，無須配備重整器。
磷酸型燃料電池（PAFC）是目前技術(shù)成熟、已商業(yè)化的燃料電池?，F(xiàn)在已能生產(chǎn)大容量加壓型11MW的設(shè)備及便攜式250kW等各種設(shè)備。第2代燃料電池的溶融碳酸鹽電池（MCFC），工作在高溫（600～700℃）下，重整反應可以在內(nèi)部進行，可用于規(guī)模發(fā)電，現(xiàn)在正在進行兆瓦級的驗證試驗。固體電解質(zhì)燃料電池（SOFC）被稱為第3代燃料電池。由于電解質(zhì)是氧化鋯等固體電解質(zhì)，未來可用于煤基燃料發(fā)電。質(zhì)子交換膜燃料電池是最有希望的電動車電源。
1.3.2性能和特點
燃料電池有以下優(yōu)點：（1）有很高的效率，以氫為燃料的燃料電池，理論發(fā)電效率可達100%。熔融碳酸鹽燃料電池，實際效率可達584%。通過熱電聯(lián)產(chǎn)或聯(lián)合循環(huán)綜合利用熱能，燃料電池的綜合熱效率可望達到80%以上。燃料電池發(fā)電效率與規(guī)模基本無關(guān)，小型設(shè)備也能得到高效率。（2）處于熱備用狀態(tài)，燃料電池跟隨負荷變化的能力非常強，可以在1s內(nèi)跟隨50%的負荷變化。(3)噪音低；可以實現(xiàn)實際上的零排放；省水。（4）安裝周期短，安裝位置靈活，可省去新建輸配電系統(tǒng)。
目前燃料電池大規(guī)模應用的障礙是造價高，在經(jīng)濟性上要與常規(guī)發(fā)電方式競爭尚需時日。
1.3.3技術(shù)關(guān)鍵和研究課題
燃料電池的技術(shù)關(guān)鍵涉及電池性能、壽命、大型化、價格等與商業(yè)化有關(guān)的項目，主要涉及新的電解質(zhì)材料和催化劑。熔融碳酸鹽電池（MCFC）在高溫條件下液體電解質(zhì)的損失和腐蝕滲漏降低了電池的壽命，使MCFC的大型化及實用化受到限制。需要解決電池構(gòu)成材料的腐蝕；電極細孔構(gòu)造變化使電池性能下降等問題。
固體氧化物燃料電池（SOFC）使用固體電解質(zhì)且工作溫度很高,對構(gòu)成材料及其加工有特殊要求。為了得到高溫下化學性穩(wěn)定和致密性（不通過氣體）的電解質(zhì)，在氧化鋯中加入Y2O3生成釔穩(wěn)定氧化鋯。為了降低工作溫度，應盡可能減少電解質(zhì)薄膜厚度。通常采用熔射法、燒結(jié)法和電化學蒸發(fā)涂層法制備電解質(zhì)薄膜。實用的電解質(zhì)膜的厚度為0.03～0.05mm。比較先進的已達到0.01mm。這樣薄的電解質(zhì)陶瓷材料除應當有足夠的機械強度外，必須具有高度的氣體致密性，否則將喪失燃料電池的性能。燃料極使用鎳鋯等耐熱金屬陶瓷，鎳還用作燃料重整的催化劑，空氣極在運行中處在高溫氧化中，難以使用一般金屬。鉑的穩(wěn)定性好，但費用昂貴，需要尋找替代材料，可用電子導電陶瓷。為了降低工作溫度，另外一個重要的研究方向是尋找低溫的質(zhì)子導電的電解質(zhì)。工作溫度倘若能降低到700℃以下，SOFC的造價就可以大幅度降低。
2大功率電力電子技術(shù)的應用硅片引起的“第”
2.1大功率電力電子器件的重大進展
電力電子學（PowerElectronics）的應用已經(jīng)有多年的歷史。
電力電子學器件用于電力拖動、變頻調(diào)速、大功率換流已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)。大功率電子器件（HighPowerElectronics）的快速發(fā)展也引起了電力系統(tǒng)的重大變革，通常稱為硅片引起的第。近10多年來，可控整流器(SCR)、可關(guān)斷的晶閘管(GTO)、MOS控制的晶閘管(MCT)、絕緣門極雙極性三極管(IGBT)等大功率高壓開關(guān)器件的開斷能力不斷提高。目前，已經(jīng)生產(chǎn)出6kA、6kV的GTO，單個元件的開斷功率可達到30MW左右，這無疑是一個巨大的進步。
近年來，大功率電子器件已經(jīng)廣泛應用于電力的一次系統(tǒng)?？煽毓瑁ňчl管）用于高壓直流輸電已經(jīng)有很長的歷史。大功率電子器件應用于靈活的交流輸電（FACTS）、定質(zhì)電力技術(shù)（CustomPower）以及新一代直流輸電技術(shù)則是近10年的事。新的大功率電力電子器件的研究開發(fā)和應用，將成為下世紀的電力研究前沿。
2.2靈活交流輸電技術(shù)(FACTS)
靈活的交流輸電系統(tǒng)(FACTS)是80年代后期出現(xiàn)的新技術(shù)，近年來在世界上發(fā)展迅速。專家們預計在未來這項技術(shù)將在電力輸送和分配方面將引起重大變革，對于充分利用現(xiàn)有電網(wǎng)資源和實現(xiàn)電能的高效利用，將會發(fā)揮重要作用。
靈活交流輸電技術(shù)是指電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)結(jié)合以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)(如線路阻抗)、相位角、功率潮流的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平，降低輸電損耗。
FACTS技術(shù)的出現(xiàn)和應用的背景是：（1）發(fā)展電力市場的需要。原作為公用事業(yè)之一的電力面臨著“放松管制”（Deregulation）的改革。一些國家頒布法令規(guī)定用戶可以發(fā)電并售電給電網(wǎng)，允許電力用戶可自由選擇供電者，允許實行躉售托送（WholesaleWheeling），某些地區(qū)甚至允許實行電力零售托送。發(fā)電廠和電力用戶可以根據(jù)協(xié)議通過電網(wǎng)售受電力。電網(wǎng)作為電力市場的物質(zhì)載體，即發(fā)電廠和電力用戶間電力輸送和分配的通道，需要滿足對電力潮流靈活調(diào)節(jié)控制的要求，而常規(guī)的交流輸電系統(tǒng)卻很難適應這一變化。
（2）發(fā)展互聯(lián)電網(wǎng)的需要。在發(fā)達國家已形成了緊密相連、多電壓等級的復雜互聯(lián)電網(wǎng)。由于電路定則使然，電網(wǎng)內(nèi)部線路及聯(lián)絡(luò)線在運行中實際的潮流分布與這些線路的設(shè)計輸送能力相差甚遠；一部分線路已過載或接近穩(wěn)定極限，而另一部分線路卻被迫在遠低于線路額定輸送容量下運行。這就提出了靈活調(diào)節(jié)線路潮流、突破瓶頸限制、增加輸送能力，以充分利用現(xiàn)有電網(wǎng)資源的要求。發(fā)達國家由于環(huán)保的嚴格限制，新建輸電線路十分困難，使得這一要求更為迫切。
傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)電力潮流的措施，如機械控制的移相器、帶負荷調(diào)變壓器抽頭、開關(guān)投切電容和電感、固定串聯(lián)補償裝置等，只能實現(xiàn)部分穩(wěn)態(tài)潮流的調(diào)節(jié)功能，而且，由于機械開關(guān)動作時間長、響應慢，無法適應在暫態(tài)過程中快速靈活連續(xù)調(diào)節(jié)電力潮流、阻尼系統(tǒng)振蕩的要求。因此，電網(wǎng)發(fā)展的需求促進了靈活交流輸電這項新技術(shù)的發(fā)展和應用。近年來，靈活交流輸電技術(shù)已經(jīng)在美國、日本、瑞典、巴西等國重要的超高壓輸電工程中得到應用。
盡管靈活交流輸電技術(shù)已在多個輸電工程中得到應用，并證明了它在提高線路輸送能力、阻尼系統(tǒng)振蕩、快速調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功、提高系統(tǒng)穩(wěn)定等方面的優(yōu)越性能，但其推廣應用的進展步伐比預期的要慢。主要原因有：工程造價比常規(guī)的解決方案高，因此，只有在常規(guī)技術(shù)無法解決的情況下，用戶才會求助于FACTS技術(shù)；FACTS技術(shù)還需要進一步完善。目前FACTS技術(shù)的應用還局限于個別工程，如果大規(guī)模應用FACTS裝置，還要解決一些全局性的技術(shù)問題，例如：多個FACTS裝置控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合問題；FACTS裝置與已有的常規(guī)控制、繼電保護的銜接問題；FACTS控制納入現(xiàn)有的電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)問題等等。也有專家認為，F(xiàn)ACTS技術(shù)尚不能更快推廣應用是因為電力部門對新技術(shù)持謹慎觀望態(tài)度，只有相當成熟的技術(shù)才會大規(guī)模應用。
隨著電力電子器件的性能提高和造價降低，以電力電子器件為核心部件的FACTS裝置的造價會降低，可能會在不遠的將來比常規(guī)的輸配電方案更具競爭力。國際大電網(wǎng)會議展開了有關(guān)STATCOM與SVC性能價格比的討論，不少專家認為，由于STATCOM不需要采用大量的電容器就可以實現(xiàn)無功的快速調(diào)節(jié)，而電容器的價格多年比較穩(wěn)定，不大可能大幅度下降；相反，電力電子器件的價格會不斷降低，故預計STATCOM會比SVC（靜止無功補償器）更有競爭力。若將超導儲能裝置與STATCOM配合，可以實現(xiàn)系統(tǒng)有功功率的快速調(diào)節(jié)，這是以往任何的常規(guī)設(shè)備不能勝任的。
FACTS技術(shù)也在不斷改進，一些新的FACTS裝置被開發(fā)出來，例如可轉(zhuǎn)換靜止補償器（ConvertibleStaticCompensator），它由多個同步電壓源逆變器構(gòu)成，可以同時控制2條以上線路潮流（有功、無功）、電壓、阻抗和相角，并能實現(xiàn)線路之間功率轉(zhuǎn)換?？赊D(zhuǎn)換靜止補償器具有下列功能：（1）靜止同步補償器的并聯(lián)無功補償功能；（2）靜止同步串聯(lián)補償器的功能；（3）綜合潮流控制器功能；（4）控制2條線路以上潮流的線間潮流控制（IPFC）功能；CSC被認為是第3代靈活交流輸電裝置。
電力電子器件的發(fā)展趨勢是：一方面研制經(jīng)濟性能好的器件，以便降低設(shè)備造價；另一方面，研制開斷功率更大的高性能器件。最近，國外公司宣布研制成功以碳化硅（SiC）為基片的電力電子器件?；哪蛪汉蜔崛萘靠纱蠓忍岣撸膿p耗卻大大降低，從而使元件的斷開功率可望有數(shù)量級的飛躍。這預示用電子高壓斷路器取代機械的高壓斷路器（油斷路器、六氟化硫斷路器、真空開關(guān)等）已成為現(xiàn)實的可能。如果電力系統(tǒng)的高壓機械開關(guān)一旦被大功率的電子開關(guān)取代，則電力系統(tǒng)完全的靈活調(diào)節(jié)控制便將成為現(xiàn)實。
2.3定質(zhì)電力技術(shù)
定質(zhì)電力（CustomPower）技術(shù)是應用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和控制技術(shù)為實現(xiàn)電能質(zhì)量控制，為用戶提供用戶特定要求的電力供應的技術(shù)。
現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對提高供電的可靠性、改善電能質(zhì)量提出了越來越高的要求。在現(xiàn)代企業(yè)中，由于變頻調(diào)速驅(qū)動器、機器人、自動生產(chǎn)線、精密的加工工具、可編程控制器、計算機信息系統(tǒng)的日益廣泛使用，對電能質(zhì)量的控制提出了日益嚴格的要求。這些設(shè)備對電源的波動和各種干擾十分敏感，任何供電質(zhì)量的惡化可能會造成產(chǎn)品質(zhì)量的下降，產(chǎn)生重大損失。
重要用戶為保證優(yōu)質(zhì)的不間斷供電，往往自己采取措施，如安裝不間斷電源(UPS)，但是這并不是經(jīng)濟合理的解決辦法。根本的出路在于供電部門能根據(jù)用戶的需要，提供可靠和優(yōu)質(zhì)的電能供應。因而，便產(chǎn)生了以電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)為基礎(chǔ)的定質(zhì)電力技術(shù)（CustomPowerTechnology）。
為提高配電網(wǎng)無功調(diào)節(jié)的質(zhì)量，已開發(fā)出用于配電網(wǎng)的靜止無功發(fā)生器(DSTATCOM)。它由儲能電路、GTO或IGBT變換電路和變壓器組成。它的功能是快速調(diào)節(jié)電壓，發(fā)生和吸收電網(wǎng)的無功功率，同時可以抑制電壓閃變。這是“定質(zhì)電力”的關(guān)鍵設(shè)備之一。此外，靜止無功發(fā)生器和固態(tài)開關(guān)配合，可在電網(wǎng)發(fā)生故障的暫態(tài)過程中保持電壓恒定。另一關(guān)鍵設(shè)備是動態(tài)電壓恢復器(DynamicVoltageRestorer)，它由直流儲能電路、變換器和級次串聯(lián)在供電線路中的變壓器構(gòu)成。變換器根據(jù)檢測到的線路電壓波形情況，產(chǎn)生補償電壓，使合成的電壓動態(tài)保持恒定。無論是短時的電壓低落或過電壓，通過DVR均可以使負載上的電壓保持動態(tài)恒定。
2.4新型直流輸電技術(shù)
直流輸電已是成熟技術(shù)。造價較高是其與交流送電競爭的不利因素。新一代的直流輸電是指進一步改善性能、大幅度簡化設(shè)備、減少換流站的占地、降低造價的技術(shù)。直流輸電性能創(chuàng)新的典型例子是輕型直流輸電系統(tǒng)（LightHVDC），它采用GTO、IGBT等可關(guān)斷的器件組成換流器，省去了換流變壓器，整個換流站可以搬遷，可以使中型的直流輸電工程在較短的輸送距離也具有競爭力，從而使中等容量的輸電在較短的輸送距離也能與交流輸電競爭。此外，可關(guān)斷的器件組成換流器，由于采用可關(guān)斷的電力電子器件，可以免除換相失敗之虞，對受端系統(tǒng)的容量沒有要求，故可用于向孤立小系統(tǒng)（海上石油平臺、海島）的供電，今后還可用于城市配電系統(tǒng)，并用于接入燃料電池、光伏發(fā)電等分布式電源。
2.5同步開斷技術(shù)
同步開斷(SynchronizedSwitching)是在電壓或電流的指定相位完成電路的斷開或閉合。在理論上應用同步開斷技術(shù)可完全避免電力系統(tǒng)的操作過電壓。這樣，由操作過電壓決定的電力設(shè)備絕緣水平可大幅度降低，由于操作引起設(shè)備（包括斷路器本身）的損壞也可大大減少。目前，高壓開關(guān)都是屬于機械開關(guān)，開斷的時間長、分散性大，難以實現(xiàn)準確的定相開斷。目前的同步開斷設(shè)備是應用一套復雜的電子控制裝置，實時測量各種影響開斷時間分散性的參量變化，對開斷時刻的提前量進行修正。即便采取了這種代價昂貴的措施，由于機械開關(guān)特性決定，還不能做到準確的定相開斷，設(shè)計人員還不敢貿(mào)然降低電氣設(shè)備的絕緣水平，以防同步開斷失敗造成設(shè)備損毀。因此，同步開斷的優(yōu)勢沒有發(fā)揮出來。
實現(xiàn)同步開斷的根本出路在于用電子開關(guān)取代機械開關(guān)。美國西屋公司已制造出13kV、600A、由GTO元件組成的固態(tài)開關(guān)，安裝在新澤西州的變電站中使用。GTO開斷時間可縮短到1/3ms，這是一般機械開關(guān)無法比擬的?，F(xiàn)在，由固態(tài)開關(guān)構(gòu)成的電容器組的配電系統(tǒng)“軟開關(guān)”已問世。
2.6未來全可控的電力系統(tǒng)
現(xiàn)在的電力系統(tǒng)由于還依賴高壓機械開關(guān)（油斷路器、六氟化硫斷路器、真空開關(guān)等）實現(xiàn)線路、設(shè)備、負荷的投切，尚不能做到完全可控。這是因為機械的慢過程不可能控制電的快過程。“電網(wǎng)控制”目前只能做到部分控制，本質(zhì)上仍然是一個調(diào)度員的決策支持系統(tǒng)。如果電力系統(tǒng)的高壓機械開關(guān)一旦被大功率的電子開關(guān)取代，則電力系統(tǒng)真正的靈活調(diào)節(jié)控制便將成為現(xiàn)實。
3狀態(tài)維修技術(shù)
狀態(tài)維修技術(shù)（ConditionBasedMaintenance）可以包涵可靠性為中心的維修技術(shù)（RCM）和預測維修技術(shù)（PDM）。
3.1應用背景
這2項技術(shù)最初是應用于航空航天系統(tǒng)，后來移植應用于核電站的維修，近年已成功地用于發(fā)電廠設(shè)備的維修，并正在用于輸變電設(shè)備的檢修。
電力系統(tǒng)的可靠性在很大程度上取決于電力設(shè)施的可靠性。隨著電網(wǎng)容量的增大和用戶對供電可靠性要求的提高，維修管理的重要性日益顯現(xiàn)出來。維修費用占電力成本的比例也不斷提高。一座現(xiàn)代化核電站的運行維修費用已超過燃料費用。如何采取合理的維修策略和正確決定維修計劃，以保證在不降低可靠性的前提下節(jié)省維修費用，便成為電力部門或負責設(shè)備維修的公司面臨的重要課題。
近年來，由于電力體制的改革，電力設(shè)備的維修也開始進入市場，過去電力部門獨家負責設(shè)備維修的局面已被打破，電力設(shè)備制造部門也開始介入維修這一領(lǐng)域。由于設(shè)備制造商對設(shè)備的設(shè)計和薄弱環(huán)節(jié)了如指掌，加上備品備件來源有保證，往往在承接維修合同的競爭中處于有利地位。
電力部門對于設(shè)備的運行狀況十分熟悉，對系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種電氣、熱、機械應力和氣象影響因素十分了解，承擔維修任務也具有優(yōu)勢。競爭促進了技術(shù)的發(fā)展。過去電力設(shè)備維修常用的定時檢修（TimebasedMaintenance）和以定時檢修為基礎(chǔ)，根據(jù)經(jīng)驗決定延長或縮短維修周期的做法已不能滿足需要，需要發(fā)展新技術(shù)。
3.2主要技術(shù)內(nèi)容
以可靠性為中心的維修（RCM）和預測性維修是互相緊密聯(lián)系而又不同的2個技術(shù)領(lǐng)域。
以可靠性為中心的維修（ReliabilitycenteredMaintenance）是在對元件的可能故障對整個系統(tǒng)可靠性影響評估的基礎(chǔ)上決定維修計劃的一種維修策略。RCM技術(shù)在60年代末開始發(fā)展起來。當時由于寬體客機的投運，系統(tǒng)變得十分復雜，航空系統(tǒng)沿用定時大修的傳統(tǒng)方法在經(jīng)濟上變得不可接受。根據(jù)元件故障后果的嚴重程度確定維修計劃的RCM收到了良好效果，使航空系統(tǒng)可靠性提高?，F(xiàn)在RCM已成為全世界幾乎所有航空公司采用的方法。80年代美國EPRI將RCM引入核電站的維修，后來又應用于火電廠，取得了提高可靠性和降低維修費用的目的。現(xiàn)在正在研究變電站設(shè)備的RCM技術(shù)。
預測性維修（PredictiveMaintenance）是根據(jù)對潛伏故障進行在線或離線測量的結(jié)果和其他信息來安排維修的技術(shù)。其關(guān)鍵是依靠先進的故障診斷技術(shù)對潛伏故障進行分類和嚴重性分析（CriticalityAnalysis）,以決定設(shè)備（部件）是否需要立即退出運行和應及時采取的措施。
綜上所述，電力設(shè)備狀態(tài)維修技術(shù)涉及復雜大系統(tǒng)可靠性評價、先進的傳感技術(shù)、信息采集處理技術(shù)、干擾抑制技術(shù)、模式識別技術(shù)、故障嚴重性分析、壽命估計等領(lǐng)域。
3.3先進傳感器
先進的傳感器(AdvancedSensor)是實現(xiàn)預測性維修的重要手段,是一個長盛不衰的研究熱點。這是因為,故障診斷技術(shù)的發(fā)展首先決定于能否獲取盡可能多的有用信息，這是數(shù)據(jù)處理和診斷決策的基礎(chǔ)。為了提高故障診斷水平，研究各種新型傳感器便成為電力界的研究熱點。原來用于軍事的傳感技術(shù)，也有一部分移植到電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測上來。例如，用于鍋爐管道高溫應變測量的光纖傳感器，是帶有內(nèi)部諧振腔的光導纖維，它可直接貼在被測管道上。用于測量鍋爐燃燒室中溫度的傳感器，是用氧化鋁保護的鉑電阻，其測量精度優(yōu)于1%。
美國電力研究院已開發(fā)出一種直接測量分析油中氣體的金屬*.絕緣子*.半導體傳感器，它可在線直接測量和分析油中的4種氣體并監(jiān)視其變化趨勢，現(xiàn)已用于一些電力部門的變壓器。下一步工作是把測量微水的傳感器和它集成起來，并配合負荷電流測量，弄清油中氣體、水分隨負荷的變化關(guān)系。
對紫外光下發(fā)螢光的一些傳感器，可能會用于測量發(fā)電廠中的高溫和應變。研究人員還在研究利用偏振光遙測電場和磁場的技術(shù)，研究用壓電材料的薄膜來測量腐蝕和積塵，傳感器測得數(shù)據(jù)的無線傳輸也是需要解決的一個重要問題。
3.4故障診斷的信息處理技術(shù)
對采集到的信號加工處理，要比采集信號本身更為困難，信號加工和處理的目標有3：從現(xiàn)場中大量的背景干擾信號中提取有用的信號；根據(jù)測得的信號進行故障分類；判斷故障的嚴重程度，以便決定設(shè)備是否需要退出運行。
為抑制現(xiàn)場測量中不可避免的干擾，除了應用硬件濾波器和數(shù)字濾波技術(shù)以外，近年的研究發(fā)現(xiàn)小波變換技術(shù)可有效地濾除穩(wěn)態(tài)信號（如現(xiàn)場測試中經(jīng)常遇到的載波信號干擾和噪雜聲干擾)，可以把有用信號從比信號強幾個數(shù)量級的干擾中提取出來。
故障信號的分類則是更為困難的研究課題。過去用頻譜來區(qū)分故障類型的方法有很大的局限性。因為許多不同類型的故障信號頻譜往往有一部分甚至大部分是重疊的，在頻域內(nèi)很難加以區(qū)分。研究故障的“指紋特征”以及提取和識別指紋特征的方法便成為故障診斷研究的一個重要的分支。在研究的故障分類方法有：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、小波分析、分形維分析等。
4電磁兼容技術(shù)
電磁兼容（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在所處的電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何其他事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。電磁兼容技術(shù)是一門迅速發(fā)展的交叉學科，涉及電子、計算機、通信、航空航天、鐵路交通、電力、軍事以至人民生活各個方面。在當今信息社會，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，一個系統(tǒng)中采用的電氣及電子設(shè)備數(shù)量大大增加，而且電子設(shè)備的頻帶日益加寬，功率逐漸增大，靈敏度提高，聯(lián)接各種設(shè)備的電纜網(wǎng)絡(luò)也越來越復雜，因此，電磁兼容問題日顯重要。
電力系統(tǒng)中，在電網(wǎng)容量增大、輸電電壓增高的同時，以計算機和微處理器為基礎(chǔ)的繼電保護、電網(wǎng)控制、通信設(shè)備得到廣泛采用。因此，電力系統(tǒng)電磁兼容問題也變得十分突出。例如，集繼電保護、通信、SCADA功能于一體的變電站綜合自動化設(shè)備，通常安裝在變電站高壓設(shè)備的附近，該設(shè)備能正常工作的先決條件就是它能夠承受變電站中在正常操作或事故情況下產(chǎn)生的極強的電磁干擾。此外，由于現(xiàn)代的高壓開關(guān)常常與電子控制和保護設(shè)備集成于一體，因此，對這種強電與弱電設(shè)備組合的設(shè)備不僅需要進行高電壓、大電流的試驗，同時還要通過電磁兼容的試驗。GIS的隔離開關(guān)操作時，可以產(chǎn)生頻率高達數(shù)兆赫的快速暫態(tài)電壓。這種快速暫態(tài)過電壓不僅會危及變壓器等設(shè)備的絕緣，而且會通過接地網(wǎng)向外傳播，干擾變電站繼電保護、控制設(shè)備的正常工作。隨著電力系統(tǒng)自動化水平的提高，電磁兼容技術(shù)的重要性日益顯現(xiàn)出來。
4.1電磁兼容技術(shù)的主要內(nèi)容和發(fā)展趨勢
電力系統(tǒng)電磁兼容的主要內(nèi)容包括：
（1）電磁環(huán)境評價。即通過實測或數(shù)字仿真等手段，對設(shè)備在運行時可能受到的電磁干擾水平（幅值、頻率、波形等）進行估計。例如，利用可移動的電磁兼容測試車對高壓輸電線路或變電站產(chǎn)生的各種干擾進行實測，或通過電磁暫態(tài)計算程序?qū)赡墚a(chǎn)生的瞬變電磁場進行數(shù)字仿真。電磁環(huán)境評價是電磁兼容技術(shù)的重要組成部分，是抗干擾設(shè)計的基礎(chǔ)。
（2）電磁干擾耦合路徑。弄清干擾源產(chǎn)生的電磁搔擾通過何種路徑到達擾的對象。一般來說，干擾可分為傳導型干擾和輻射型干擾2大類。傳導干擾是指電磁搔擾通過電源線路，接地線和信號線傳播到達對象所造成的干擾，例如，通過電源線傳入的雷電沖擊源產(chǎn)生的干擾；輻射干擾是指通過電磁源空間傳播到達敏感設(shè)備的干擾。例如，輸電線路電暈產(chǎn)生的無線電干擾或電視干擾即屬于輻射型的干擾。研究干擾的耦合途徑，對制定抗干擾的措施，消除或抑制干擾有重要的意義。
（3）電磁抗擾性評價。研究電力系統(tǒng)中各種敏感的設(shè)備儀表，如繼電保護、自動裝置、計算機系統(tǒng)、電能計量儀表等耐受電磁干擾的能力。一般是采用試驗來模擬運行中可能出現(xiàn)的干擾并在設(shè)備盡可能接近工作條件下，試驗被試設(shè)備是否會產(chǎn)生誤動或永久性損壞。設(shè)備的抗擾性決定于該設(shè)備的工作原理，電子線路布置、工作信號電平，以及所采取的抗干擾措施。隨著電力系統(tǒng)中各種自動化系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的廣泛采用，隨著強電設(shè)備與強電設(shè)備集成為一體的趨向，如何評價這些設(shè)備耐受干擾的能力、研究實用和有效的試驗方法，制定評價標準將成為電力系統(tǒng)電磁兼容技術(shù)的重要課題。
（4）抗干擾措施，電磁干擾的產(chǎn)生和耦合。敏感設(shè)備是不可能完全避免電磁搔擾的。因此，往往比較經(jīng)濟合理的解決辦法是在敏感設(shè)備上應用抗干擾措施。例如，電力調(diào)度大樓遭受雷擊是不可避免的。但通往系統(tǒng)和調(diào)度自動化系統(tǒng)的安全運行可通過正確的接地、屏蔽、隔離措施加以保證。研究有效經(jīng)濟和適用的抗干擾措施也是未來電磁兼容領(lǐng)域的重要任務。
（5）電能質(zhì)量。國際大電網(wǎng)會議36學術(shù)委員會（電力系統(tǒng)電磁兼容）把電能質(zhì)量控制也列入電磁兼容的范疇，研究頻率變化、諧波、電壓閃變、電壓驟降等對用戶設(shè)備性能的影響。
證券投資技術(shù)分析通過分析證券市場過去和現(xiàn)在的市場行為（成交量、成交價、價格變化的時間和空間），來預測證券價格未來的變化趨勢。在現(xiàn)實的證券投資活動中，技術(shù)分析占有非常重要的地位，在證券投資的理論體系中，技術(shù)分析與證券投資基本分析，證券投資組合理論具有同等重要的地位。
技術(shù)分析理論是建立在三大假設(shè)基礎(chǔ)之上的，技術(shù)分析的第一假設(shè)認為市場行為會涵蓋一切信息，影響股票價格變化的所有因素，都會反映在市場行為之中。故此，我們在預測股票價格的未來變化趨勢時，沒有必要對影響股票價格的因素具體是什么作過多的關(guān)心，我們的注意力應該放在對市場行為的研究上，只要我們弄清了股票價格漲跌、成交量增減、價格變化的時間空間等市場行為結(jié)果的含義，我們就可以預測股票價格的未來變化趨勢。這一假設(shè)對技術(shù)分析具有非常重要的意義，是技術(shù)分析的理論前提。如果不承認這一假設(shè)，或者說這一假設(shè)并不存在，技術(shù)分析將會失去其存在的價值。如果市場行為并沒有包括全部的、所有的影響股票價格的因素，那么我們僅僅使用研究市場的成交價、成交量和價格變化的時間和空間這些市場行為的最終結(jié)果的方法，就想達到預測和把握市場價格的未來變化趨勢的目的，就只能是以偏概全、一廂情愿了。
對于技術(shù)分析的這一重要假設(shè)和理論前提，我國理論界占主流地位的觀點認為，是具有一定合理性的。筆者認為，這一看法是值得商榷的，無論從理論上還是從投資實踐上來看，都不能夠證明市場行為可以涵蓋一切信息的結(jié)論是正確的，這一假設(shè)究竟具有多少合理的成分，值得我們深入地進行研究。
市場行為涵蓋一切信息并無可靠性
任何一個假設(shè)的成立都必須經(jīng)過理論和實踐的檢驗，只有在理論上具有可靠性，在實踐中具有可操作性，我們才能夠得出結(jié)論說這一假設(shè)是正確的。市場行為涵蓋一切信息在理論上具有可靠性嗎?我們認為，回答應該是否定的。
首先，技術(shù)分析所說的市場行為，實質(zhì)上是指市場參與者即投資者的行為。正是投資者看漲或看跌的預期、買入或賣出的決策導致了股票價格的波動和成交量的變化，而投資者預期的形成是對影響股票價格的多種因素進行理性分析的結(jié)果。這里似乎可以可推出一個順理成章的結(jié)論，這就是影響股票價格波動的因素決定了投資者的預期，而投資者的預期又決定了投資者的行為，我們分析市場上投資者的行為結(jié)果（成交量、成交價），實際上就是分析投資者的預期，就是分析影響股票價格的所有因素。認真分析我們就不難發(fā)現(xiàn)，這一系列推理在邏輯上并不具有必然的聯(lián)系，其可靠性值得懷疑。不錯，投資者在投資決策過程中，首先要對影響股票價格未來變化的因素進行研究，而后形成對股票價格未來走勢的判斷，最后作出或買或賣的決定。但是，問題的關(guān)鍵在于，投資者在對影響股票價格變化的因素進行分析時，必然會帶有不同的主觀個性特征。投資者對影響股票價格變化因素的分析過程實質(zhì)上是一個認識過程，一個能動的反應過程，這一過程不能不受到投資者理論素養(yǎng)、價值標準、思維方式、個性特征和心理狀態(tài)的影響。面對同樣的客觀條件，不同的投資者完全可以作出不同的結(jié)論，采取不同的投資決策，從而表現(xiàn)出不同的甚至相互矛盾的市場行為。這樣的市場行為究竟具有多少客觀成分，究竟在多大程度上客觀地反映了現(xiàn)實情況，值得研究。顯然，我們不能祈求僅僅用這些行為的客觀表現(xiàn)（成交價格和成交量的變化情況）就可以把握所有的信息、就可以把握所有的影響股票價格變化的因素。
其次，如果說市場行為可以涵蓋所有信息的結(jié)論成立，它需要的一個基本條件是，這里所說的市場行為必須是理性的行為，而不是非理性的行為。那么，投資者在投資過程中所表現(xiàn)的行為是理性的嗎?按照經(jīng)濟學的一般假定，從個體的角度來看，作為經(jīng)濟活動參預者的投資者同任何其他經(jīng)濟主體一樣必然具有追求收益（利潤、效用）最大化的理。但是，這種個體的理并不能夠保證集體行為也是理性的，在很多情況下，正是個體的理性導致了集體的非理性。技術(shù)分析所說的市場行為，顯然指的是投資者的集體行為，而并非投資者的個體行為，這種投資者的集體行為，我們不能夠從理論上證明它必然是理性的行為?，F(xiàn)實生活告訴我們，證券投資者集體行為往往表現(xiàn)出很強的非理性成分，股票價格的暴漲暴跌、大起大落、股市泡沫的快速形成和迅速破滅，己經(jīng)充分說明了這一點。
再次，證券的虛擬經(jīng)濟性質(zhì)，已經(jīng)證明證券市場的交易行為（成交價格、成交量）并不能夠充分的、客觀的反映影響證券價格變化的所有因素。股票、債券和證券衍生品代表的是金融權(quán)益資產(chǎn)，屬于虛擬經(jīng)濟的范疇。證券的運動不僅與生產(chǎn)資本的運動相脫離，而且還與其所代表的資金的運動相脫離。在實體經(jīng)濟中，供求規(guī)律決定著交易價格的波動，價格會自動回歸到市場供求的均衡點。虛擬經(jīng)濟的交易價格則取決于人們對未來的預期，價格上升會刺激人們的獲利欲望，購買需求擴張，從而推動價格的進一步上升；價格下跌，又將刺激人們的止損欲望，供給急劇增加，需求急劇萎縮，從而導致價格的進一步下跌。當交易進入某種難以為繼的狀態(tài)時，就會出現(xiàn)價格的急劇變化，市場價格很難回到真正的市場供求平衡點。由此可見，虛擬經(jīng)濟具有天然的制造經(jīng)濟泡沫和投機的成份，其價格具有極大的誤導作用。
最后，從有效市場理論的角度來看，市場行為涵蓋一切信息的結(jié)論對證券的投資決策并不具有任何的指導意義。有效市場理論，是1965年美國經(jīng)濟學家法碼（EugeneFama）最先提出來的。在這一理論中，法碼將證券市場分為弱有效型、半強有效型、強有效型三種形式。這三種不同的市場形式的區(qū)別，主要表現(xiàn)為證券價格對市場信息的反應程度不同。在強有效型市場中，證券價格能夠充分和快速地反映所有的相關(guān)信息，任何人都不能夠通過對信息的私人占有而獲得超額利潤。通俗地說，在一個強有效型的市場中，證券價格的變化是隨機的和不可預測的。顯然，如果我們認為證券價格的變化這一市場行為的最重要的表現(xiàn)已經(jīng)反映了市場的所有信息，證券市場是強有效型的，技術(shù)分析的理論前提是正確的，我們就會得出證券價格的變化是隨機的和不可預測的結(jié)論，從而也就否認了技術(shù)分析存在的價值。反之，如果我們肯定運用技術(shù)分析可以預測證券價格的未來變化趨勢，就必然要否認證券價格的變化能夠反映市場所有信息的結(jié)論，從而也就否認了技術(shù)分析所賴以存在的理論前提。
評價技術(shù)分析須實事求是
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展以及城市建設(shè)水平的提高，大樹也被越來越多地應用于各類園林綠地中，特別是重點工程，往往要在較短的時間內(nèi)體現(xiàn)綠化美化的效果，這就需要種植一定數(shù)量的大樹。大樹移植需要投入較多人力、機械設(shè)備和資金，同時，大樹的再生能力較幼青年樹明顯減弱，難以成活。因此，新植大樹的養(yǎng)護管理顯得尤其重要。
新植大樹的養(yǎng)護管理應重點抓好以下兩大方面的工作：
一、保持樹體水分代謝平衡
大樹，特別是未經(jīng)移植或斷根處理的大樹，在移植過程中，根系會受到較大的損傷，吸水能力大大降低。樹體常常因供水不足，水分代謝失去平衡而枯萎，甚至死亡。因此，保持樹體水分代謝平衡是新植大樹養(yǎng)護管理、提高移植成活率的關(guān)鍵。為此，我們具體要做好以下幾方面的工作：
（一）地上部分保濕：
1.包干：用草繩、蒲包、苔蘚等材料嚴密包裹樹干和比較粗壯的分枝。上述包扎物具有一定的保濕性和保溫性。經(jīng)包干處理后，一可避免強光直射和干風吹襲，減少樹干、樹枝的水分蒸發(fā)；二可貯存一定量的水分，使枝干經(jīng)常保持濕潤；三可調(diào)節(jié)枝干溫度，減少高溫和低溫對枝干的傷害，效果較好。目前，有些地方采用塑料薄膜包干，此法在樹體休眠階段效果是好的，但在樹體萌芽前應及時撤換。因為，塑料薄膜透氣性能差，不利于被包裹枝干的呼吸作用，尤其是高溫季節(jié)，內(nèi)部熱量難以及時散發(fā)會引起高溫，灼傷枝干、嫩芽或隱芽，對樹體造成傷害。
2.噴水：樹體地上部分（特別是葉面）因蒸騰作用而易失水，必須及時噴水保濕。噴水要求細而均勻，噴及地上各個部位和周圍空間，為樹體提供濕潤的小氣候環(huán)境?？刹捎酶邏核畼寚婌F，或?qū)⒐┧馨惭b在樹冠上方，根據(jù)樹冠大小安裝一個或若干個細孔噴頭進行噴霧，效果較好，但較費工費料。有人采取“吊鹽水”的方法，即在樹枝上掛上若干個裝滿清水的鹽水瓶，運用吊鹽水的原理，讓瓶內(nèi)的水慢慢滴在樹體上，并定期加水，既省工又節(jié)省投資。但噴水不夠均勻，水量較難控制。一般用于去冠移植的樹體，在抽枝發(fā)葉后，仍需噴水保濕。
3.遮蔭：大樹移植初期或高溫干燥季節(jié)，要搭制蔭棚遮蔭，以降低棚內(nèi)溫度，減少樹體的水分蒸發(fā)。在成行、成片種植，密度較大的區(qū)域，宜搭制大棚，省材又方便管理，孤植樹宜按株搭制。要求全冠遮蔭，蔭棚上方及四周與樹冠保持50厘米左右距離，以保證棚內(nèi)有一定的空氣流動空間，防止樹冠日灼危害。遮蔭度為70％左右，讓樹體接受一定的散射光，以保證樹體光合作用的進行。以后視樹木生長情況和季節(jié)變化，逐步去掉遮蔭物。
（二）促發(fā)新根：
1.控水：新移植大樹，根系吸水功能減弱，對土壤水分需求量較小。因此，只要保持土壤適當濕潤即可。土壤含水量過大，反而會影響土壤的透氣性能，抑制根系的呼吸，對發(fā)根不利，嚴重的會導致爛根死亡。為此，一方面，我們要嚴格控制土壤澆水量。移植時第一次澆透水，以后應視天氣情況、土壤質(zhì)地，檢查分析，謹慎澆水。同時要慎防噴水時過多水滴進入根系區(qū)域。第二方面，要防止樹池積水。種植時留下的澆水穴，在第一次澆透水后即應填平或略高于周圍地面，以防下雨或澆水時積水。同時，在地勢低洼易積水處，要開排水溝，保證雨天能及時排水。第三方面，要保持適宜的地下水位高度（一般要求－1.5米以下）。在地下水位較高處，要做網(wǎng)溝排水，汛期水位上漲時，可在根系挖深井，用水泵將地下水排至場外，嚴防淹根。
2.保護新芽：新芽萌發(fā)，是新植大樹進行生理活動的標志，是大樹成活的希望。更重要的是，樹體地上部分的萌發(fā)，對根系具有自然而有效的刺激作用，能促進根系的萌發(fā)。因此，在移植初期，特別是移植時進行重修剪的樹體所萌發(fā)的芽要加以保護，讓其抽枝發(fā)葉，待樹體成活后再行修剪整形。同時，在樹體萌芽后，要特別加強噴水、遮蔭、防病治蟲等養(yǎng)護工作，保證嫩芽與嫩梢的正常生長。
3.土壤通氣：保持土壤良好的透氣性能有利于根系萌發(fā)。為此，一方面，我們要做好中耕松土工作，以防土壤板結(jié)。另一方面，要經(jīng)常檢查土壤通氣設(shè)施（通氣管或竹籠）。發(fā)現(xiàn)通氣設(shè)施堵塞或積水的，要及時清除，以經(jīng)常保持良好的通氣性能。
二、樹體保護
新移植大樹，抗性減弱，易受自然災害、病蟲害、人為的和禽畜危害，必須嚴加防范。
1.支撐：樹大招風。大樹種植后應即支撐固定，慎防傾倒。正三角樁最利于樹體穩(wěn)定，支撐點以樹體高2／3處左右為好，并加墊保護層，以防傷皮。
2.防病治蟲：堅持以防為主，根據(jù)樹種特性和病蟲害發(fā)生發(fā)展規(guī)律，勤檢查，做好防范工作。一旦發(fā)生病情，要對癥下藥，及時防治。
3.施肥：施肥有利于恢復樹勢。大樹移植初期，根系吸肥力低，宜采用根外追肥，一般半個月左右一次。用尿素、硫酸銨、磷酸二氫鉀等速效性肥料配制成濃度為0.5％至1％的肥液，選早晚或陰天進行葉面噴灑，遇降雨應重噴一次。根系萌發(fā)后，可進行土壤施肥，要求薄肥勤施，慎防傷根。
建國后，我國繼電保護學科、繼電保護設(shè)計、繼電器制造工業(yè)和繼電保護技術(shù)隊伍從無到有。在大約10年的時間里走過了先進國家半個世紀走過的道路。上世紀50年代，我國工程技術(shù)人員創(chuàng)造性地吸收、消化、掌握了國外先進的繼電保護設(shè)備性能和運行技術(shù)，建成了一支具有深厚繼電保護理論造詣和豐富運行經(jīng)驗的繼電保護技術(shù)隊伍。對全國繼電保護技術(shù)隊伍的建立和成長起了指導作用。阿城繼電器廠引進消化了當時國外先進的繼電器制造技術(shù)，建立了我國自己的繼電器制造業(yè)。因而在60年代中我國己建成了繼電保護研究、設(shè)計、制造、運行和教學的完整體系。這是機電式繼電保護繁榮的時代，為我國繼電保護技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。
2、電力系統(tǒng)中繼電保護的配置與應用
2.1繼電保護裝置的任務
繼電保護主要利用電力系統(tǒng)中原件發(fā)生短路或異常情況時電氣量(電流、電壓、功率等)的變化來構(gòu)成繼電保護動作。繼電保護裝置的任務在于：在供電系統(tǒng)運行正常時，安全地。完整地監(jiān)視各種設(shè)備的運行狀況，為值班人員提供可靠的運行依據(jù)；供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動地、迅速地、并有選擇地切除故障部分，保證非故障部分繼續(xù)運行；當供電系統(tǒng)中出現(xiàn)異常運行工作狀況時，它應能及時準確地發(fā)出信號或警報，通知值班人員盡快做出處理。
2.2繼電保護裝置的基本要求
1）選擇性：當供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時，繼電保護除。首先斷開距離故障點最近的斷路器，以保證系統(tǒng)中其它非故障部分能繼續(xù)正常運行。
2）靈敏性：保護裝置靈敏與否一般用靈敏系數(shù)來衡量。在繼電保護裝置的保護范圍內(nèi)，不管短路點的位置如何、不論短路的性質(zhì)怎樣，保護裝置均不應產(chǎn)生拒絕動作；但在保護區(qū)外發(fā)生故障時，又不應該產(chǎn)生錯誤動作。
3）速動性：是指保護裝置應盡可能快地切除短路故障?？s短切除故障的時間以減輕短路電流對電氣設(shè)備的損壞程度，加快系統(tǒng)電壓的恢復，從而為電氣設(shè)備的自啟動創(chuàng)造了有利條件，同時還提高了發(fā)電機并列運行的穩(wěn)定眭。
4）可靠性：保護裝置如能滿足可靠性的要求，反而會成為擴大事故或直接造成故障的根源。為確保保護裝置動作的可靠性，必須確保保護裝置的設(shè)計原理、整定訓算、安裝調(diào)試正確無誤；同時要求組成保護裝置的各元件的質(zhì)量可靠、運行維護得當、系統(tǒng)簡化有效，以提高保護的可靠性。
2.3保護裝置的應用
繼電保護裝置廣泛應用于工廠企業(yè)高壓供電系統(tǒng)、變電站等，用于高壓供電系統(tǒng)線路保護、主變保護、電容器保護等。高壓供電系統(tǒng)分母線繼電保護裝置的應用，對于不并列運行的分段母線裝設(shè)電流速斷保護，但僅在斷路器合閘的瞬間投入，合閘后自動解除。另外，還應裝設(shè)過電流保護，對于負荷等級較低的配電所則可不裝設(shè)保護。變電站繼電保護裝置的應用包括：
①線路保護：一般采用二段式或三段式電流保護，其中一段為電流速斷保護，二段為限時電流速斷保護，三段為過電流保護。
②母聯(lián)保護：需同時裝設(shè)限時電流速斷保護和過電流保護。
③主變保護：主變保護包括主保護和后備保護，主保護一般為重瓦斯保護、差動保護，后備保護為復合電壓過流保護、過負荷保護。
④電容器保護：對電容器的保護包括過流保護、零序電壓保護、過壓保護及失壓保護。
隨著繼電保護技術(shù)的飛速發(fā)展，微機保護的裝置逐漸投入使用，由于生產(chǎn)廠家的不同、開發(fā)時間的先后，微機保護呈現(xiàn)豐富多彩、各顯神通的局面，但基本原理及要達到的目的基本一致。
3、繼電保護裝置的維護
值班人員定時對繼電保護裝置巡視和檢查，并做好各儀表的運行記錄。在繼電保護運行過程中，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象時，應加強監(jiān)視并向主管部門報告。建立崗位責任制，做到每個盤柜有值班人員負責。做到人人有崗、每崗有人。值班人員對保護裝置的操作，一般只允許接通或斷開壓板，切換開關(guān)及卸裝熔絲等工作，工作過程中應嚴格遵守電業(yè)安全工作規(guī)定。
做好繼電保護裝置的清掃工作。清掃工作必須由兩人進行，防止誤碰運行設(shè)備，注意與帶電設(shè)備保持安全距離，避免人身觸電和造成二次回路短路、接地事故。對微機保護的電流、電壓采樣值每周記錄一次，每月對微機保護的打印機進行定期檢查并打印。定期對繼電保護裝置檢修及沒備查評：
①檢查二次設(shè)備各元件標志、名稱是否齊全；
②檢查轉(zhuǎn)換開關(guān)、各種按鈕、動作是否靈活無卡涉，動作靈活。接點接觸有無足夠壓力和燒傷；
③檢查控制室光字牌、紅綠指示燈泡是否完好；
④檢查各盤柜上表計、繼電器及接線端子螺釘有無松動；
⑤檢查電壓互感器、電流互感器二次引線端子是否完好；
⑥配線是否整齊，固定卡子有無脫落；
⑦檢查斷路器的操作機構(gòu)動作是否正常。
根據(jù)每年對繼電保護裝置的定期查評，按情節(jié)將設(shè)備分為三類：經(jīng)過運行檢驗，技術(shù)狀況良好無缺陷，能保證安全、經(jīng)濟運行的設(shè)備為一類設(shè)備；設(shè)備基本完好、個別零件雖有一般缺陷，但尚能安全運行，不危及人身、設(shè)備安全為二類設(shè)備。有重大缺陷的設(shè)備，危及安全運行，出力降低，“三漏”情況嚴重的設(shè)備為三類。如發(fā)現(xiàn)繼電保護有缺陷必須及時處理，嚴禁其存在隱患運行。對有缺陷經(jīng)處理好的繼電保護裝置建立設(shè)備缺陷臺帳，有利于今后對其檢修工作。
隨著電力系統(tǒng)的告訴發(fā)展和計算機通信技術(shù)的進步，繼電保護技術(shù)的發(fā)展向計算機化、網(wǎng)絡(luò)化、—體化、智能化方向發(fā)展，這對繼電保護工作者提出了新的挑戰(zhàn)。只有對繼電保護裝置進行定期檢查和維護，按時巡檢其運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)故障并做好處理，保證系統(tǒng)無故障設(shè)備正常運行，提高供電可靠性。
參考文獻：
[1]王翠平．繼電保護裝置的維護及試驗[J]．科苑論壇．
從抗剪參數(shù)的變化過程可以看出，粘聚力隨著摻入比的增加而提高，隨抗壓強度的增加而增加，當fcu=1.45～5.12Mpa時，其粘聚力c=0.4～1.11，內(nèi)摩擦角變化幅度為17o～400。與原狀淤泥質(zhì)粘土相比，粘聚力和內(nèi)摩擦角都有不同程度的提高，說明水泥土的抗剪強度遠大于原狀土。這是因為水泥混入土體后的硬凝作用產(chǎn)生的水泥水化硬凝物質(zhì)增加了加固土的糙度，從而加大了剪切面的摩擦系數(shù)，提高了抗剪強度。根本原因在于抗壓破壞與抗剪破壞的方式不同，抗壓、抗拉依靠的是土顆粒間的聯(lián)結(jié)力和結(jié)構(gòu)支撐力起主導作用，而抗剪時土顆粒間粘聚力和土顆粒間的摩擦力起主導作用。另外，拉、壓破壞面不是一個規(guī)則平面。如果土體中土顆粒不是完全被水泥石顆粒包圍，破壞可以沿顆粒間的軟弱面發(fā)生，當剪切破壞則是沿一相對平整的面，剪切對土體的破壞面不能繞過水泥土顆粒，這些顆粒起著抗剪切作用，從而提高了水泥石的抗剪強度。
根據(jù)試驗的數(shù)據(jù)進行的回歸結(jié)果來看，水泥土的粘聚力c與其無側(cè)限抗壓強度fcu大致呈線性關(guān)系，回歸方程式如下：
c=0.18849+0.17043fcu(R=0.93761,S=0.07862,N=12,P<0.001)
擬合結(jié)果如下圖所示：
圖2—10粘聚力—抗壓強度曲線圖
第五節(jié)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對水泥土抗壓強度影響因素的分析
室內(nèi)配比試驗目的是希望通過對試驗資料的分析，了解各種影響因素與抗壓強度之間的內(nèi)在規(guī)律性，來指導粉噴樁的設(shè)計及施工。以往的做法是對樣本值進行多元線性回歸建立經(jīng)驗公式，然而，這一過程存在諸多問題。摻入比、含水量等因素與抗壓強度的關(guān)系無疑是非線性的，用線性模型來擬合非線性關(guān)系，效果是不能令人滿意的，這一點可以通過模型的適合性檢驗和殘差分析得到反映；就線性模型本身而言，其應用范圍的狹小和局限性，是顯而易見的。鑒于水泥土自身結(jié)構(gòu)的復雜性和對其加固機理的研究尚待進一步深入，用傳統(tǒng)的數(shù)學工具模擬上述非線性過程，建模相當困難。由于影響粉噴樁的因素如摻入比、含水量、飽和度、加固土密度、齡期等較多，且諸因素相互作用，交叉影響，使的室內(nèi)配比試驗成果表象復雜，數(shù)據(jù)離亂，無明顯的關(guān)系存在，給成果分析帶來困難。再又因為試驗成本的緣故，很難達到滿足常規(guī)分析計算需要的樣本量，亦不能保證試驗樣本有較好的分布規(guī)律，往往使量化結(jié)果與定性分析產(chǎn)生矛盾。如何明確系統(tǒng)的非線性關(guān)系，通常有兩種辦法來解決：第一種是采取“分段線性”的處理方法，如采取多元線性回歸等手段；另一種方法是利用混沌論、奇異吸引子、吸引凹陷和分形等數(shù)學工具來分析非線性系統(tǒng)。然而這些數(shù)學工具大多只能給出嚴格邊界條件下類似解的存在性這樣的證明而不能給出明確可行的求解方法，對回歸模型而言，它主要適用于大容量樣本情況下，對因變量來說，自變量的離散程度在一定范圍內(nèi)，進行回歸分析才能得到較好的結(jié)果。有沒有一種方法，使得我們離開深奧的數(shù)學工具也能了解復雜的非線性系統(tǒng)？神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論提供了另外一種解決此類問題的可能性。
一．神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及BP模型簡介
一般而言，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個并行和分布式的信息處理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它由許多個神經(jīng)元組成，每個神經(jīng)元有一個輸出，它可以連接到很多其它神經(jīng)元，每個神經(jīng)元輸入有多個連接通路，每個連接通路對應于一個連接權(quán)系數(shù)，一個簡單的人工神經(jīng)元結(jié)構(gòu)如圖2—11所示，該神經(jīng)元是一個多輸入、單輸出的非線性系統(tǒng)，其輸入輸出關(guān)系可描述為
式中，為節(jié)點的輸出；是從
其他節(jié)點傳來的輸入信號；為節(jié)點
j到節(jié)點i的連接權(quán)值，反映了輸入
的影響大??；為閥值，表示當前節(jié)點對輸入產(chǎn)生的影響總和進行判斷，若大于，系統(tǒng)認為此次影響作用明顯，并將其反映在輸出，否則，此次影響作用將不被考慮；為傳遞函數(shù)，可為線性函數(shù)，或型函數(shù)(如=，=)，或具有任意階導數(shù)的非線性函數(shù)，它描述了多輸入值對輸出的綜合影響。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個非線性動力系統(tǒng)，特點在于信息的分布式存儲(配比試驗的規(guī)律性信息表示為權(quán)值和閥值的大小)和并行協(xié)同處理，它具有集體運算的能力和自適應的學習能力，很強的容錯性和魯棒性，善于聯(lián)想，綜合和推廣。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型有各種各樣，代表性的模型有感知器、多層映射BP網(wǎng)絡(luò)、RBF網(wǎng)絡(luò)、雙向聯(lián)想記憶網(wǎng)絡(luò)、Hopfield模型等。利用這些網(wǎng)絡(luò)模型可實現(xiàn)函數(shù)逼近、數(shù)據(jù)聚類、模型分類、優(yōu)化計算等功能。
BP網(wǎng)絡(luò)是一單向傳播的多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)如圖2—12所示，其主要功能是函數(shù)逼近。網(wǎng)絡(luò)通常有一個或n個隱層，同層節(jié)點間無任何連接和耦合，故每層節(jié)點的輸出只影響下一層節(jié)點的輸出。隱層中神經(jīng)元均采用SIGMOID型變換函數(shù)，這種函數(shù)變換可實現(xiàn)從輸入到輸出的任意非線性映射；輸出層的神經(jīng)元采用純線性變換函數(shù)，這可以避免使網(wǎng)絡(luò)輸出限制在一個較小范圍內(nèi)，達到可以輸出任意值的目的。信息在模型中的傳遞和加工是逐層進行的，隨著層數(shù)的深入，信息中所蘊涵的規(guī)律逐漸被了解、存儲、綜合，最后經(jīng)輸出結(jié)果統(tǒng)一表現(xiàn)出來。對本次配比試驗而言，層的具體含義可理解如下：第一層的神經(jīng)元接受各種影響因素的輸入，對同一配比方案，第一層的神經(jīng)元同時進行運算，利用傳遞函數(shù)計算結(jié)果的過程就是神經(jīng)元存儲信息的過程；第二層神經(jīng)元接受上層神經(jīng)元各自獨立、并行計算處理的結(jié)果后，對獲得的信息判斷、整理、綜合后輸出，從而形成反映整個系統(tǒng)規(guī)律的映射。
圖2—12
Hecht-Nielsen的論文中指出：1.給定任一連續(xù)函數(shù)f：[0，1]nRm，f可以精確地用一個至多三層的前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。它表述了映射網(wǎng)絡(luò)的存在性，保證任一連續(xù)函數(shù)可由一個至多三層BP網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。2.給定任意ε>0，對于任意的L2型連續(xù)函數(shù)f：[0，1]nRm，存在一個至多三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它可在任意ε平方誤差精度內(nèi)逼近f。這就告訴我們，對任意連續(xù)函數(shù)一定可以構(gòu)造出這樣的BP網(wǎng)絡(luò)模型。
二．BP模型應用分析
BP網(wǎng)絡(luò)模型應用于配比試驗分析，就是通過對簡單的非線性函數(shù)進行數(shù)次復合，近似任一復雜函數(shù)，從而確定摻入比等影響因素和強度之間的函數(shù)關(guān)系。而且，實現(xiàn)這一功能的過程僅僅是利用試驗樣本值對模型進行訓練和學習的過程（即通過推理和逼近的方法對網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閥值調(diào)整），其間并不要求對此結(jié)構(gòu)和過程有較深認識，使分析的復雜性得到極大的簡化，易于理解并提高了實用性。在配比試驗中應用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，具有以下幾點優(yōu)點：
并行處理性。網(wǎng)絡(luò)各神經(jīng)元可以同時進行類似的處理過程，整個網(wǎng)絡(luò)的信息處理是大規(guī)模并行的。雖然每個神經(jīng)元的功能簡單，但大量簡單的處理神經(jīng)元進行集體的、并行的活動能減少神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成識別任務所需步數(shù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)模式識別能力。與傳統(tǒng)數(shù)學（如回歸分析）串行處理相比，并行計算的效率更高。
規(guī)律的分布性描述和樣本的容錯性。抗壓強度和各影響因素之間因果關(guān)系的信息，在網(wǎng)絡(luò)的存儲是按內(nèi)容分布于許多神經(jīng)元之間的權(quán)中，每個權(quán)存儲多種信息的部分內(nèi)容，從單個權(quán)中看不出存儲信息的內(nèi)容。這種映射關(guān)系的產(chǎn)生，部分來自于非線性是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中固有性質(zhì)這一事實，部分是因為許多獨立單元的激勵，決定系統(tǒng)的總體響應。這類似于全息圖的信息存儲性質(zhì)，局部帶有遺失或錯誤信息的數(shù)據(jù)使得網(wǎng)絡(luò)重新調(diào)用自己存儲的模式，同時有誤信息被填充或修改。網(wǎng)絡(luò)模式的完善和容錯功能，在配比試驗中的實際意義在于，對試驗結(jié)果中離群點的處理上，比傳統(tǒng)方法采取摒棄的手段有所改進，它容忍這些點的存在并吸取其合理內(nèi)容，通過泛化（Generalization）功能對于不是樣本集合的輸入也能給出合適的輸出。
可塑性、自適應性和自組織性。神經(jīng)元之間連接的多樣性和可塑性，使得網(wǎng)絡(luò)可以通過學習與訓練進行自組織，以適應不同處理信息的要求。這種學習功能在配比試驗中的實現(xiàn)，主要是根據(jù)不同配比方案產(chǎn)生不同強度的樣本模式，逐漸調(diào)整權(quán)值和閥值，使網(wǎng)絡(luò)輸出和希望輸出之差的函數(shù)（如差的平方和）最小，權(quán)值和閥值的調(diào)整過程就是系統(tǒng)規(guī)律性信息的存儲過程，樣本量的增加可以加強信息的存儲，從而更好的反映系統(tǒng)的非線性映射關(guān)系。
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型自身結(jié)構(gòu)的特性也說明了其應用于室內(nèi)配比試驗的合理性。在這種網(wǎng)絡(luò)中，輸入是正向傳播，逐層處理，每一層神經(jīng)元的狀態(tài)只影響下一層神經(jīng)元的輸出，其突出特點是無反饋性，即輸入值不影響系統(tǒng)初始狀態(tài)。對室內(nèi)配比試驗而言，試驗過程本身是不可逆的，抗壓強度由摻入比等因素決定，但同樣的強度也可能是不同配比方案的結(jié)果，僅僅由抗壓強度不能反演出影響參數(shù)，這一特征決定了用反饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模是不合適的。
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)對隱層采用S型函數(shù)描述單個神經(jīng)元對刺激的響應，一方面，它將神經(jīng)元的輸入范圍（-∞，+∞）映射到某一確定區(qū)間，如（-1，+1），使各影響因素對目標變量抗壓強度的變異性處于同一水平；另一方面，S型函數(shù)的曲線變化趨勢與單因素對抗壓強度的影響趨勢雷同，經(jīng)過對配比試驗中各影響因素與水泥土的抗壓強度關(guān)系分析可知，波速，摻入比，齡期等諸因素與抗壓強度的相關(guān)關(guān)系大致呈指數(shù)曲線走向，以波速—抗壓強度曲線為例，具體影響規(guī)律見圖2—13，S型函數(shù)的曲線變化見圖2—14。
圖2—13抗壓強度—波速曲線圖圖2—14S型函數(shù)曲線圖
這說明S函數(shù)可以比較合理的模擬試驗過程，從而更好的反映系統(tǒng)的映射關(guān)系。輸出層節(jié)點的傳遞函數(shù)采用線性函數(shù)，它可將上一層神經(jīng)元的輸出經(jīng)權(quán)值和閥值調(diào)整并累加后輸出，其過程的物理意義被理解為對前一層神經(jīng)元受摻入比等影響因素的激勵后作出的響應的合理性進行判斷，并通過將響應的合理部分迭加來模擬各種影響因素對抗壓強度的綜合貢獻。
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓練和學習過程，就是通過逐步調(diào)整模型的權(quán)值和閥值來存儲系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律性信息的過程，從而達到正確反映抗壓強度和影響因素之間映射的目的。其學習過程的基本思路是：把網(wǎng)絡(luò)學習時輸出層出現(xiàn)的與試驗結(jié)果不符的誤差，歸結(jié)為連接層中各節(jié)點間連接權(quán)及閥值（有時將閥值作為特殊的連接權(quán)并入連接權(quán)）的“過錯”，把誤差逐層向輸入層逆向傳播“分攤”給各連接節(jié)點，從而可算出各連接節(jié)點的參考誤差，并據(jù)此對各連接權(quán)進行相應的調(diào)整，使網(wǎng)絡(luò)適應要求的映射。
三．工程實例
結(jié)合寧高公路二期工程粉噴樁軟基處理，本次試驗用土取自寧高公路（洪藍至雙牌石段）工地現(xiàn)場，并在室內(nèi)使土樣完全擾動，利用現(xiàn)有的土工試驗儀器，土樣試塊為70mm×70mm×70mm的立方體，空氣養(yǎng)護，攪拌方式為干攪，按照土工試驗規(guī)程進行試驗，本次配比方案摻入比為8%、12%、15%，含水量為30%、40%，齡期為30天、90天。為了驗證BP模型擬合數(shù)據(jù)時樣本需求量少，分析能力強的特點，本文選擇了包含所有因素變化情況的最少組數(shù)（3×2×2）的試驗結(jié)果進行分析，各組加固土的物理力學性能見表2—9：
表2—9.室內(nèi)配比試驗成果表組數(shù)
摻入比（%）
齡期（月）
含水量
孔隙度
飽和度
波速（km/s）
干密度(kg/m3)
抗壓強度(Mpa)
1
15
1
0.211
0.575
0.893
1.783
1.66
3.47
2
15
3
0.153
0.535
0.62
1.813
1.63
5.12
3
12
1
0.222
0.588
0.945
1.645
1.69
2.36
4
12
3
0.192
0.555
0.816
1.626
1.66
3.58
續(xù)表2—95
8
1
0.234
0.62
0.926
1.414
1.61
1.49
6
8
3
0.204
0.594
0.797
1.278
1.66
2.42
7
15
1
0.289
0.796
0.861
1.611
1.43
1.97
8
15
3
0.264
0.775
0.771
1.620
1.42
4.58
9
12
1
0.298
0.78
0.931
1.566
1.44
1.74
10
12
3
0.248
0.726
0.78
1.565
1.47
3.30
11
8
1
0.325
0.866
0.91
1.478
1.38
1.51
12
8
3
0.289
0.801
0.842
1.365
1.40
2.48
根據(jù)試驗結(jié)果建立BP網(wǎng)絡(luò)模型，仿真各種因素對抗壓強度的影響過程，網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)見圖2—12。利用高性能的可視化軟件MATLAB中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱進行分析計算。由于采用并行計算的方法，模型本身可以通過增加節(jié)點數(shù)、隱層數(shù)或訓練步數(shù)等方法將系統(tǒng)誤差控制在指定范圍內(nèi)，而不需要再進行額外的試驗，因此，在本次室內(nèi)配比試驗的組數(shù)比常規(guī)試驗組數(shù)大大減少的情況下，采用兩層BP網(wǎng)絡(luò)模型來完成函數(shù)逼近任務。由于試驗過程中對抗壓強度而言，影響因素的個數(shù)有7個，因此初次確定隱層的神經(jīng)元個數(shù)選7個，根據(jù)結(jié)果知最大訓練步數(shù)不夠或隱層中神經(jīng)元個數(shù)太少。因此將神經(jīng)元數(shù)目增加的14個，最大訓練步數(shù)為100000次，此次訓練到92885步時，仿真精度達到要求。
計算結(jié)果如表2—10：
表2—10.抗壓強度計算結(jié)果與試驗結(jié)果對比試驗結(jié)果
1.49
1.51
1.63
1.97
2.36
2.42
2.48
3.3
3.47
3.58
3.58
5.12
多元回歸
1.659
1.203
1.672
2.481
2.381
2.486
2.368
3.516
3.032
3.335
3.726
5.048
相對誤差回歸
0.113
0.203
0.026
0.259
0.009
0.027
0.044
0.065
0.126
0.068
0.040
0.014
BP模型
1.512
1.485
1.623
2.001
2.357
2.407
2.456
3.410
3.452
3.545
4.522
5.129
相對誤差BP
0.015
0.016
0.004
0.015
0.001
0.005
0.009
0.033
0.005
0.010
0.263
0.001
由表2—10可以看出，回歸模型的計算結(jié)果與樣本值的偏差較大，最大時達到了20%以上。而且，對同樣的樣本群而言，回歸模型一旦確定，其系統(tǒng)誤差（計算值與試驗結(jié)果之差）的大小也隨之被確定，改善系統(tǒng)誤差的有效辦法只能是增加樣本數(shù)量，這將直接帶來試驗成本或工程投入的加大。對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)而言，其輸出不僅能較好的代表試驗結(jié)果，與此同時，模型本身可以通過增加節(jié)點數(shù)、隱層數(shù)或訓練步數(shù)等方法將系統(tǒng)誤差控制在指定范圍內(nèi)，而不需要再進行額外的試驗，這一點對工程實際而言具有十分重要的經(jīng)濟價值。根據(jù)本次試驗的網(wǎng)絡(luò)誤差平方和隨訓練步數(shù)的變化趨勢可知，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)誤差平方和隨步數(shù)的增加而逐漸趨于一極小值，只要模型結(jié)構(gòu)合理，隱層中神經(jīng)元個數(shù)足夠多，保證必要的訓練步數(shù)，系統(tǒng)誤差可以控制在任一指定的誤差指標范圍內(nèi)。
圖2—15以方框表示權(quán)值矩陣和閥值矢量中元素，其面積正比于元素幅值。閥值和權(quán)值之間用垂線劃開，形象表示權(quán)值和閥值對神經(jīng)元輸出的影響強弱。對權(quán)值和閥值而言，亮色代表正值，暗色反之。
圖2—15.權(quán)值W1和閥值B1方框圖
圖中第一列表示本次二層的BP網(wǎng)絡(luò)模型中隱層的閥值大小，第二列到第八列分別表示與摻入比、齡期、含水量、孔隙度、飽和度、波速和干密度有關(guān)的權(quán)值大小。圖2—15中行的含義可以理解為，對同一次配比試驗結(jié)果，14個神經(jīng)元相互獨立的進行分析，每個神經(jīng)元都不同程度反應了此次配比試驗中影響因素與水泥土抗壓強度的關(guān)系，換句話說，模型獲得的影響因素和強度相關(guān)性信息相當于進行了14次配比試驗所得到的結(jié)果，神經(jīng)元并行計算的特點，用在室內(nèi)配比試驗結(jié)果分析中，可以達到明顯減小樣本量的效果。
權(quán)值和閥值方框圖存儲的是此次室內(nèi)配比試驗中各影響因素和抗壓強度之間因果規(guī)律信息。根據(jù)權(quán)值分布特點可得到如下認識：在各種影響因素中，波速的顯著性水平明顯高于其他因素，因為波速對應的權(quán)值幅值（圖2—15第七列框圖）明顯高于其他影響因素的權(quán)值幅值，其倍數(shù)分別為十幾倍到幾十倍不等，這說明波速和抗壓強度之間的聯(lián)系非常緊密，對工程應用而言，通過測定波速的大小了解水泥土抗壓強度是可行的，根據(jù)圖2—13描述的函數(shù)關(guān)系，測得水泥土的聲速就可以推知其抗壓強度，這就為利用應力波（聲波）的傳播特性來測定粉噴樁質(zhì)量提供了理論依據(jù)。
與其他因素相比，水泥摻入比與含水量對抗壓強度的貢獻較強，它們的權(quán)值幅值也相對較大，其權(quán)值幅度明顯超過除波速外的其它所有影響因素。就水泥土加固機理來說，加固土的水解水化反應，硬凝反應和碳酸化作用，都離不開水泥和水的參與，因此在確定水泥土配比方案時，摻入比和含水量的作用是應當重點考慮的。除去以上兩種因素外，干密度對抗壓強度的影響也占有相當大的比重，其作用僅次于波速、摻入比和含水量。
1當前高等職業(yè)技術(shù)學院學生心理障礙的主要表現(xiàn)
大學生成長階段是人生的非凡時期，這一時期的最大特征是波動性和迷惘性，他們正逐步進入成年人的社會角色，但對社會、家庭而言，因其經(jīng)濟不獨立，思想不穩(wěn)定，世界觀尚未成型，實際仍是“未成年人”。
這個時期心理障礙常表現(xiàn)為偏執(zhí)、自負、多疑、焦慮、冷漠、狹隘和狂妄等。他們的年齡一般在18~22歲之間，他們的心理活動有其特征，在生理和心理上都處于發(fā)育的階段，對四周事物的熟悉存在著不穩(wěn)定性，自尊心、自信心比較強，一方面追求理想，不斷向上進??；另一方面對精神情緒的自我調(diào)節(jié)和控制能力比較弱，輕易產(chǎn)生極不穩(wěn)定的日間雜波。當主觀和客觀發(fā)生矛盾，情緒受到挫折時往往悲觀失望，甚至無法解脫，緊錮在復雜的心理矛盾之中，致使心理失常而患病，輕者不承認自己有病，雖說能堅持上課，但是成績十分不理想；重者會做出殘害自己或者危害社會的事情，震動全國的馬加爵殺害四名同學案就是個非凡的例子。我校也有患心理障礙的學生，他們中有的休學或者失學，有的甚至長期不愈，不僅自己陷入深深的痛苦之中，更給家庭和社會造成巨大的精神負擔和經(jīng)濟壓力。我校有一位男生，無緣無故的焦慮，導致嚴重失眠，到我校門診部求治，卻查不出任何毛病。整日生活在焦慮不安的痛苦之重，這樣的學生假如碰到非凡事情的激發(fā)非凡因素的刺激，難免會產(chǎn)生超常規(guī)的行為，這些都提醒我們要重視大學生的心理教育和心理治療，改變以往“見病不見人”的舊生物醫(yī)學模式和形而上學觀點。
2職業(yè)技術(shù)學院學生產(chǎn)生心理障礙的主要原因
2.1適應能力差
2.1.1難以適應新的生活學習環(huán)境，心理落差大
職業(yè)技術(shù)學院的學生所面臨的人生第一次考驗就是自我心中的落差感。他們同樣十年寒窗，他們同樣懷著更高的夢想，想象著通過高考能夠達到人們價值觀念中所說的金榜題名。然而高考下來，無論是基于什么因素，他們未能達到夢想中的“登堂入室”，無奈之下選擇了原本沒有什么非凡級別差異化的高等職業(yè)技術(shù)學院學習，但這種落差不自覺顯現(xiàn)在他們的心中。落差之二便是新生活的較大改變，大學校園遠比中學校園面積大，樓群林立，是個小社會。我國高校采取的是住宿制，步入大學即意味著進入一個生疏的環(huán)境過集體生活。在中學除了學習，一切事情都由家長代勞，加上獨生子女驕生慣養(yǎng)，上大學后，一切親力親為，適應能力不強的就會經(jīng)常被孤獨不安、焦慮所困擾，尤其是習慣了農(nóng)村生活環(huán)境的大學生到喧鬧的城市后，易產(chǎn)生壓抑和自卑感。如一位來自農(nóng)村的大學生對滿眼灰色的樓群產(chǎn)生厭惡情緒，大腦反應慢，經(jīng)常出現(xiàn)忘記返回路線的情況。
另外，大學生活的壓力讓學生覺得自己再不是天之驕子，一枝獨秀。校園是個小社會，不是一塵不染的圣地；獎學金的評定、入黨、提干等等競爭初見端倪，書呆子不受歡迎，個人的風采和魅力最重要，不再有人把你當作寶貝，很可能從過去的寵兒淪為不起眼的小角色。從個人中心的小圈子到無窮無盡的網(wǎng)絡(luò)中這一環(huán)，不能很好完成社會化轉(zhuǎn)換，必然產(chǎn)生挫折感，因此很多人進入大學新奇過去后就甘于平庸，雄心壯志不復存在，所謂“60分萬歲”不是罕見現(xiàn)象。
2.1.2對學業(yè)的不適應，對如何合理平衡職業(yè)技能學習和綜合素質(zhì)學習的不適應
中學和大學都要學習，但學習目的和方法不同。中學時，教師不厭其煩地“傳道、授業(yè)、解惑”，負責的態(tài)度一點也不亞于父母對你的關(guān)心。大學則實行學分制，學習完全靠個人，所謂“師傅領(lǐng)進門，修行靠個人”。自學能力強的學生脫穎而出，而有些中學時的姣姣者，由于對大學的學習方式方法把握不好，加之強手如林，昔日的優(yōu)勢風采不復存在，自尊心和好勝心得不到充分滿足，家長和個人的期望值過高，輕易產(chǎn)生失落感。
我們把職業(yè)技術(shù)教育融入高等教育體系，就是響應國家倡導，適應人才對高等技術(shù)人才市場的需求，但是也存在一個職業(yè)技術(shù)和學科分配上的差異，同樣學生也存在著有的學生偏強于文化素質(zhì)，卻毫無專業(yè)技能的底子，有的學生則是在某些職業(yè)技術(shù)領(lǐng)域里很強，但他們卻存在著明顯的新問題，就是綜合素質(zhì)的偏低，這些本身的客觀基礎(chǔ)的不平衡，輕易在學習過程中導致心理的失衡，我們有的學生是網(wǎng)絡(luò)高手，能獨立編程，甚至是某些知名門戶網(wǎng)站的版主，他們基本上能自給自足地生存，甚至月收入幾千元，他們在IT領(lǐng)域里的成就讓他們自豪，驕傲，但每每綜合考試下來，幾門不及格，一方面我們在倡導挖掘?qū)２牛硪环矫嫖覀円矓[脫不了應試教育的束縛。所以說不同的價值評判標準，使得高等職業(yè)技術(shù)學院學生的心理體系中輕易產(chǎn)生混淆和失衡的因素。
2.1.3對經(jīng)濟狀況的適應
家境富裕的學生優(yōu)越感強，但他們卻輕易沾染社會上的不良毛病和行為方式摘要：高消費，不知道節(jié)約，不體恤人情冷暖，歌五酒六的生存狀態(tài)，即便不出現(xiàn)偏差，也會和大多數(shù)家境一般的孩子產(chǎn)生隔閡。家境貧困的大學生大都存在著一個普遍的心理新問題，那就是更多地表現(xiàn)出自卑而敏感。人際交往困難，偶然會對社會態(tài)度不良，懷有敵意。這樣輕易導致性格孤僻，出現(xiàn)人格偏差，面對生活沒有信心。
高等職業(yè)技術(shù)教育又是個跟社會實際結(jié)合得非常密切的教育體系，對社會脈絡(luò)的把握，對時代需求的適應，是高等技術(shù)教育得以生存的基礎(chǔ)。但是，時代進步過程中所伴生的新問題，所出現(xiàn)的不和諧因素，會在第一時間反饋和影響到我們的學生，我們處在市場經(jīng)濟發(fā)展背景下的高等教育的結(jié)合部，也是輕易遭受負面因素襲擊的易感人群。
2.1.4生活自主性的適應
獨生子女的家長過度保護孩子，以及應試教育導致家長學校的過度保護，導致他們?nèi)狈獙щy及心理承受力等的鍛煉。當代的教育制度迫使我們的家長讓我們從小就走著一條“重點”之路，從小要上重點小學、中學、大學。除了學習以外的事家長會一手包辦，導致許多學生心理發(fā)育不健全，雖為大學生心智卻還停留在小學水平。當大學生面向社會的時候便有了許多的不適應和不順心，而他們又缺乏良好的心理素質(zhì)，這便有了大學生心理樊籠的存在。
同時，我們高等技術(shù)教育所倡導的就是自主性和靈活性，我們在技能培養(yǎng)上強調(diào)專業(yè)技術(shù)課程的設(shè)置適合社會需要，我們在人才培育上強調(diào)我們的學生將來能多專多能，能快速融入社會，能在社會生活中充當尖刀，能快速適應社會變化所帶來的對我們技術(shù)能力的考驗，而這些，對于長期在溫室里倍受呵護的孩子，對于還仰仗家長扶持的孩子，一下子讓他丟棄拐杖，讓他從依靠的心理忽然轉(zhuǎn)變成自立自強的心理，是需要一個陣痛的過程，而在陣痛期，是最輕易產(chǎn)生心理裂變的。
2.2人際關(guān)系處理不當
進入大學，人際交往面拓寬了，復雜的人際關(guān)系往往使學生不知所措。中學里的人際關(guān)系要簡單些，一心只讀“圣賢書”，而大學的交往是廣泛的，有同學、同鄉(xiāng)、師生、異性、社會活動團體等。同居一室的有來自五湖四海，有不同的城鄉(xiāng)背景，有不同的方言、不同的性格，他們之間的磨合是個新新問題。一些學生個性強以自我為中心，不會設(shè)身處地為別人著想，性格內(nèi)向的學生不合群，孤獨寂寞，甚至想逃避現(xiàn)實。激烈競爭中培養(yǎng)起來的大學生擅長單打獨干，易于自我封閉，不善和人交流，在懼怕失敗的心理下，不敢和人交流合作以防止自我暴露和競爭力的喪失。
2.3難以排除的情感危機
情感新問題是大學生這個年齡層不可避免的新問題，談戀愛也成了這個年齡階段一個不可避諱的話題。我們的孩子有享受美好的渴望，但他們尚不具備承受痛苦的能力，在這個復雜的新問題前面他們很難成為強者。
生理心理的變化。高校階段是大學生由普通教育轉(zhuǎn)向社會就業(yè)的階段。在這個階段里，男女同學的發(fā)育基本上是成人水平，個個體格健壯，處處洋溢著青春的氣息。但是，生理變異是心理變異的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著生理上的急劇變化，大學低年級學生的心理往往具有封閉性，表現(xiàn)為內(nèi)隱、曲折、不易形諸顏色，并帶有較多的社會性、政治性，對繼續(xù)深造或者就業(yè)存在著焦慮、對社會上的某些矛盾還不大了解，情緒輕易波動，反映比較強烈，具有兩極性，一會兒振奮，一會兒又失望。當然，絕大多數(shù)同學自我意識在增強，并能作自我調(diào)節(jié)。但是現(xiàn)在的大學生基本上都是獨生子女，普遍受到溺愛，由于他們的非凡地位，很輕易形成孤僻、自私、任性的性格。
3心理障礙的主要辦法
（1）設(shè)置或分配專門機構(gòu)，專項管理學生心理新問題，把學校醫(yī)療機構(gòu)、學生管理機構(gòu)發(fā)動起來，主動配合，采取辦法，做好大學生思想工作，采取體系化、科學化、制度化的常設(shè)管理機制，切實解決大學生心理新問題。
自20世紀80年代末至今，我國的仿真技術(shù)獲得了極大的發(fā)展。在電力系統(tǒng)中，應用較多的培訓仿真系統(tǒng)有電廠仿真、電網(wǎng)運行工況仿真和變電所仿真。一般說來，凡是需要有一個或一組熟練人員進行操作、控制、管理與決策的實際系統(tǒng)，都需要對這些人員進行培訓、教育與培養(yǎng)。早期的培訓大都是經(jīng)過理論講解和現(xiàn)場實習，通過實際操作經(jīng)驗的積累來完成的，這種培訓方式因是在實際運行的系統(tǒng)上進行操作，不僅培訓成本高、培訓時間長，而且有些故障只能在實際發(fā)生時才能得到實際操作的機會，致使一部分知識只有感性認識，得不到實際操作的鍛煉。隨著系統(tǒng)規(guī)模的加大、復雜程度的提高，特別是造價日益昂貴，訓練時因操作不當引起的破壞而帶來的損失大大增加，因此，提高系統(tǒng)運行安全性、可靠性事關(guān)重大。為解決這些問題，出現(xiàn)了培訓仿真系統(tǒng)，模擬實際系統(tǒng)的工作狀況和運行環(huán)境，以避免運用實際系統(tǒng)時可能帶來的危險性及高昂的代價。
變電所培訓仿真系統(tǒng)集仿真技術(shù)、圖形圖象技術(shù)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)于一體，依據(jù)變電所電力設(shè)備實物、一次設(shè)備和二次設(shè)備接線圖進行設(shè)計，如主控室、控制屏、保護屏及設(shè)備連接狀況，可在模擬設(shè)備和二次接線圖上進行相應操作，采用鼠標點擊的操作方式，簡單、直觀、易學(見圖1)。這種方式使變電運行人員的培訓手段大大更新，提高了培訓效率，縮短了培訓周期。也進一步提高了運行人員的正確判斷和處理事故的能力，防止事故擴大化和縮短事故處理時間，從而確保電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟運行。
圖1
1變電所仿真的現(xiàn)狀
目前，我國農(nóng)網(wǎng)中(110kV、35kV)變電所培訓仿真系統(tǒng)主要有孤立變電所型變電培訓仿真系統(tǒng)和考慮簡單電網(wǎng)的變電培訓仿真系統(tǒng)。前一種類型的變電培訓仿真系統(tǒng)配置簡單，造價相對較低；后一種不僅仿真了變電所的運行狀況，而且考慮到電網(wǎng)和變電所之間的相互影響，該類型的變電培訓仿真系統(tǒng)在功能上比孤立變電所型的仿真系統(tǒng)要強。此外，還有將無人值班變電所仿真、集控中心仿真、變電所運行管理系統(tǒng)結(jié)合于一體的110kV/35kV集控站培訓仿真系統(tǒng)。考慮到仿真原理的相同性和孤立變電所型變電培訓仿真系統(tǒng)較為簡單，能夠在單機上獨立運行的特點，以下只對該系統(tǒng)進行簡要介紹。
2硬件配置的基本要求
微機一臺：主頻PENTIUM200；32M內(nèi)存；3.2G硬盤；16倍光驅(qū)；顯示卡、聲卡、音箱等。
3軟件配置的基本要求
(1)中文視窗Windows95以上版本；
(2)多媒體仿真培訓軟件。
4主要功能
(1)正常操作訓練：斷路器操作、隔離開關(guān)操作、壓板操作、保護投停、電壓互感器的切換，電容器的投停等；
(2)故障演習訓練：
斷路器故障：拒動、誤動、偷跳；
隔離開關(guān)故障：帶負荷拉合隔離開關(guān)、帶電合接地隔離開關(guān)；
變壓器故障：包括相間短路、接地短路、匝間短路、變壓器過負荷、變壓器油溫過高；
母線故障：母線短路、母線接地；
線路故障：近區(qū)短路、接地、斷線等；
此外，還有電容器故障、繼電保護故障以及其它故障等。
培訓者可對設(shè)定操作任務或故障，依據(jù)系統(tǒng)標準操作票進行操作，系統(tǒng)也可在出現(xiàn)故障時，給予提示并指出錯誤要點。
(3)操作票生成與培訓系統(tǒng)：可對線路、主變壓器、母線、電容器等設(shè)備開操作票；可對學員的操作以操作票的形式記錄；可對學員的操作票和標準操作票進行比較；
(4)理論知識的培訓：可提供設(shè)備的圖片和產(chǎn)品介紹；可進行二次回路圖紙講解：包括中央信號回路、電力變壓器保護、電容器組保護、輸電線路保護、低周減載裝置等；還可進行運行規(guī)程問答、典型故障處理、經(jīng)驗介紹以及提供考試題庫。
(5)系統(tǒng)維護功能：系統(tǒng)可根據(jù)110kV變電所的主接線方式(如：單母線接線方式、內(nèi)橋接線方式、單元接線方式)和正常運行方式的差異及實際變電所的工作情況進行選擇和修改，可對考試題目進行增加或修改，還可對二次接線圖上的線路名稱和隔離開關(guān)、斷路器號進行更改，使其更加接近變電所的實際運行情況。
操作實例：
倒閘操作是變電所正常運行和檢修中都涉及的操作，具有重要的作用，其操作過程如下：
①運行仿真軟件，進行操作人員登陸。
②進行功能選擇，進入倒閘操作模塊，進行題目分類選擇。如選擇"10kV倒閘操作題目"后，屏幕上會出現(xiàn)一系列10kV倒閘操作題目的分項內(nèi)容，用鼠標按鈕進行選擇，選擇"紡織線002斷路器停電，紡織線線路檢修"(見圖2)。選擇題目后，可進行標準操作票預覽，以便操作人員了解操作步驟后進行正確操作。可單擊要點按鈕，查看提示注意事項。操作練習既可在線路圖上進行，也可在模擬圖上進行。
圖2
③依次拉開紡織線002斷路器，拉開002-3隔離開關(guān)，拉開002-1隔離開關(guān)，在002-3隔離開關(guān)線路側(cè)掛接地線(見圖3)。遇到困難時，可查閱標準操作票和操作要點提示。操作完畢后，調(diào)出操作記錄與標準操作票進行比較，如果在操作過程中發(fā)生誤操作，系統(tǒng)會出現(xiàn)報警。
圖3
④選擇操作題目后，也可進入考試狀態(tài)。在此狀態(tài)下，系統(tǒng)不提供標準操作票和操作要點提示，考試時間到，系統(tǒng)不再進行操作記錄。
5結(jié)束語
目前，110/35kV變電培訓仿真系統(tǒng)在一些變電所已經(jīng)得到應用，并取得實效。歸納起來，變電培訓仿真系統(tǒng)具有如下的特點：
(1)計算機仿真程度高。仿真畫面完全按照變電所的電力設(shè)備實物進行繪制，形象逼真。操作人員在模擬圖或二次接線圖上用鼠標點擊元器件，即可激發(fā)元器件動作，元器件動作后仿真變電所同實際變電所情況一致。
(2)培訓功能完善。不但可對變電所的正常和異常事故進行仿真，而且可提供完善的二次圖講解。對變電所的繼電保護裝置從動作原理到動作過程進行分步講解，突出顯示動作斷路器和響應元器件，動畫模仿電流軌跡。
應用數(shù)理統(tǒng)計是對隨機現(xiàn)象的統(tǒng)計規(guī)律進行演繹和歸納的科學，已經(jīng)成為越來越多專業(yè)的學生必修的一門基礎(chǔ)課。但是學生在學習掌握這門課的過程中普遍感到概念難以理解，思維難以展開，問題難以入手，方法難以掌握，習題難做。如何解決這一問題？具體可以概括成以下幾種方法。
1引經(jīng)據(jù)典，消除學生的畏懼心理
應用數(shù)理統(tǒng)計作為數(shù)學的一門有特色的分支學科，所以比較抽象，很多學生對該門課都有畏懼心理，因此在每學期的第一次課，首先可以向?qū)W生介紹應用數(shù)理統(tǒng)計的起源和發(fā)展，增強學習的趣味性，然后還可以介紹應用數(shù)理統(tǒng)計的一些熱門運用。
概率論起源于博弈問題。15～16世紀，意大利數(shù)學家帕喬利、塔塔利亞和卡爾丹的著作中曾討論過"如果兩人賭博提前結(jié)束，該如何分配賭金"等概率問題。而數(shù)理統(tǒng)計的發(fā)展史相對簡單一些，在19世紀20、30年代，費希爾提出了許多重要的統(tǒng)計方法，開辟了一系列統(tǒng)計學的分支領(lǐng)域，如相關(guān)分析、回歸分析、試驗設(shè)計、多元正態(tài)總體的統(tǒng)計分析等。
在教學過程中，我們特別注意這些知識背景的補充介紹，一方面讓學生了角前后知識的聯(lián)系，同時也在無形之中向他們灌輸了研究問題的思想方法。更重要的是，了解這些知識使他們能更好地理解課程內(nèi)容之間的內(nèi)在聯(lián)系，學習的時候不再孤立地看待這些知識點。
2理論聯(lián)系實際，加強實踐教學
傳統(tǒng)的教學方式是知識傳授型的，教師是教學的主體，只重視教的過程，忽視了教學是教與學互動的過程，教師在課堂上滿堂灌，注入式的教學方法不能充分調(diào)動學生學習的主動性，沒有立足于培養(yǎng)學生的學習能力和不同學生的個性發(fā)展，現(xiàn)代教學方法主要是挖掘?qū)W生的學習潛能，以最大限度地發(fā)揮和發(fā)展學生的聰明才智為追求目標。因此，在應用數(shù)理統(tǒng)計教學中，教師在注重傳授課程內(nèi)容思想方法和應用背景的同時，充分調(diào)動學生學習的主動性，布置一些靈活的題目，讓學生親自實踐、親自收集和處理數(shù)據(jù)，利用應用數(shù)理統(tǒng)計方法解決一些實際的小問題。
案例教學法就是一種很好的實踐教學方法。案例教學法是把案例作為一種教學工具，把學生引導到實際問題中去，通過分析與互相討論調(diào)動學生的主動性和積極性，并提出解決問題的基本方法和途徑的一種教學方法。教師應結(jié)合應用數(shù)理統(tǒng)計應用性較強的特點，在課堂教學中，注意收集日常生活中的一些實例，并根據(jù)各章節(jié)的內(nèi)容選擇適當?shù)陌咐沼诮虒W，利用多媒體設(shè)備及真實材料再現(xiàn)實際案例活動，將理論教學與實際案例有機的結(jié)合起來，使得課堂講解生動清晰，收到良好的教學效果。
3注重師生間交流，加強啟發(fā)教學
應用數(shù)理統(tǒng)計的傳統(tǒng)教學是學生忙于應付大量公式的記憶和復雜的計算，沒有時間去進行創(chuàng)造性思考，同時這種教法也不可能讓人有所創(chuàng)新。要想獲得最佳的教學效果，師生間的交流是必須的。教學不是你教我學，更不是你講我聽，而是師生雙方互動的結(jié)果，師生雙方都給對方提供信息。教師的輸出對學生來說是信息的輸入，學生通過感知、理解、歸納、記憶等活動，接受、處理儲存信息；學生的反饋作為信息輸出對教師和其他同學來說又是信息輸入。教學活動就是為促進這種交流，讓這種交流更有意義。
在課堂交流中，應鼓勵學生積極發(fā)言，參與到教學中來，引導學生了解問題的直觀和背景，教會他們?nèi)绾芜\用數(shù)理統(tǒng)計方法去思考問題和分析問題。此外，還有課前交流、課間交流和課后交流。通過交流隨時了解學生對課堂教學的意見和建議，掌握學生接受知識的程度，及時調(diào)整教學內(nèi)容與進度。這樣不僅有利于激發(fā)學生的學習興趣，也密切了師生關(guān)系，還有助于帶來積極的教學效果。
4利用一題多解，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維能力
應用數(shù)理統(tǒng)計這門課學習的目的并不是要求學生僅僅會做幾道題，而是為了能夠解決實際問題，而實際問題是千變?nèi)f化的，不是用一兩個公式就能解決的，這就需要學生的創(chuàng)新。所以對學生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是相當重要的。實踐表明，通過一題多解的鍛煉，不但可以加深學生對概念的理解，使學生將所學知識相互聯(lián)系起來，還可以培養(yǎng)學生靈活多樣運用知識的能力，達到培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力的目的。所以在講題時，可以鼓勵學生試著用多種思路去分析題，開發(fā)學生的智力，使學生掌握更多的分析問題的方法，以便在今后的學習過程中，更好地去分析問題和解決實際問題。
總之，要加強教師和學生的交流與配合，靈活運用多種教學手段，激發(fā)學生的學習積極性，通過具體的實例把抽象的概念形象化，不斷培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，讓應用數(shù)理統(tǒng)計的學習變得容易起來。
