2019年第5期（全文）.pdf

《华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）》 第 七 届 编 辑 委 员 会 犜犺犲 犛犲狏犲狀狋犺 犈犱犻狋狅狉犻犪犾 犆狅犿犿犻狋狋犲犲 狅犳 犑狅狌狉狀犪犾狅犳犎狌犪狇犻犪狅犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔 （犖犪狋狌狉犪犾犛犮犻犲狀犮犲 ） 主 任 （ 犇犻 狉 犲 犮 狋 狅 狉狅 犳犈犱 犻 狋 狅 狉 犻 犪 犾犆狅犿犿犻 狋 狋 犲 犲） 吴季怀 （ＷＵＪ ｉ ｈｕａ ｉ） 副主任 （ 犞犻 犮 犲犇犻 狉 犲 犮 狋 狅 狉狅 犳犈犱 犻 狋 狅 狉 犻 犪 犾犆狅犿犿犻 狋 狋 犲 犲） 陈国华 （ 黄仲一 （ＨＵＡＮＧＺｈｏｎｇｙ ＣＨＥＮ Ｇｕｏｈｕａ） ｉ） 编 委 （犕犲犿犫 犲 狉 狊狅 犳犈犱 犻 狋 狅 狉 犻 犪 犾犆狅犿犿犻 狋 狋 犲 犲） （按姓氏笔画为序） 刁 勇 （ 王士斌 （ＷＡＮＧＳｈ ＤＩＡＯ Ｙｏｎｇ） ｉ ｂ ｉ ｎ） 刘 ? （ 江开勇 （ ＬＩＵ Ｇｏｎｇ） Ｊ ＩＡＮＧ Ｋａ ｉ ｙｏｎｇ） 孙 涛 （ 肖美添 （ ＳＵＮ Ｔａｏ） ＸＩＡＯ Ｍｅ ｉ ｔ ｉ ａｎ） 吴季怀 （ＷＵＪ 宋秋玲 （ ｉ ｈｕａ ｉ） ＳＯＮＧ Ｑｉ ｕ ｌ ｉ ｎｇ） 张认成 （ ＺＨＡＮＧ Ｒｅｎｃｈｅｎｇ） 陈国华 （ ＣＨＥＮ Ｇｕｏｈｕａ） 苑宝玲 （ 周树峰 （ ＹＵＡＮ Ｂａｏ ｌ ｉ ｎｇ） ＺＨＯＵＳｈｕ ｆ ｅｎｇ） 郑力新 （ 徐西鹏 （ ＺＨＥＮＧＬ ｉ ｘ ｉ ｎ） ＸＵ Ｘｉ ｐｅｎｇ） 郭子雄 （ 黄仲一 （ＨＵＡＮＧＺｈｏｎｇｙ ＧＵＯＺ ｉ ｘ ｉ ｏｎｇ） ｉ） 黄华林 （ＨＵＡＮＧ Ｈｕａ 葛悦禾 （ ｌ ｉ ｎ） ＧＥ Ｙｕｅｈｅ） 蒲继雄 （ 蔡绍滨 （ ＰＵＪ ｉ ｘ ｉ ｏｎｇ） ＣＡＩＳｈａｏｂ ｉ ｎ） 主 编 （ 犈犱 犻 狋 狅 狉犻 狀犆犺 犻 犲 犳） 黄仲一 （ＨＵＡＮＧＺｈｏｎｇｙ ｉ） 华 侨 大 学 学 报 （自 ２０１９ 年 ９ 月 然 科 学 版 ） 总第 １６９ 期 目 第 ４０ 卷 第 ５ 期 次 钎焊磨粒测量系统中的显微图像快速融合 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 陈俊英，崔长彩 （ ５６１） 采用数字图像处理的机制砂粒度级配检测方法 !!!!!!!!!!!!!!!! 蔡园园，房怀英，余文，黄文景，林伟端，杨建红 （ ５６７） 考虑车辆稳定性的模型预测路径跟踪方法 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 李军，唐爽，周伟 （ ５７４） 考虑人体动力学模型的座椅自适应控制 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 李伟，姜菁珍，陆伟 （ ５８０） 空气弹簧失效对高架胶轮驱动有轨电车小半径曲线通过性的影响 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 文孝霞，尹晓康，杜子学 （ ５８７） 采用模型设计的不间断电源整机控制系统开发与设计 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 陈启勇，王荣坤，满飞 （ ５９３） 钙质砂与石英砂渗透性差异对比试验 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 廖仁国，周先齐，蔡燕燕，张小燕 （ ６００） 敌对心理对建筑工人不安全行为的影响 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 姚明亮，祁神军，张云波 （ ６０６） 二维视角下拆迁安置的社会稳定风险因素识别 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 邱依珊，张云波，祁神军 （ ６１２） 雨水酸化条件对高岭土改性沥青路面腐蚀性能的试验模拟 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 胡超，包惠明 （ ６２１） 集装箱房内贴多孔材料吸、放湿对空调冷凝水量的影响 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 吴艳，冉茂宇 （ ６２７） 室温下氧化石墨的制备工艺 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 郝雅鸣，邓智鹏，赵小敏，陈丹青，陈国华 （ ６３４） 犗一氯均三嗪犖 ， 犖， 犖三甲基壳聚糖在棉织物抗菌中的应用 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 车秋凌，李明春，辛梅华 （ ６４０） 产碱性冷适蛋白酶菌株 犆犺狉狔狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｓｐ．ｖｖ８ 的鉴定及粗酶性质 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 何小玉，刘承忠，陈明霞，李和阳 （ ６４６） 微通道太阳能平板集热器的集热性能试验 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 常晓琪，杜震宇 （ ６５３） 空气源热泵及辅助电加热地板辐射采暖系统耦合优化 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 王洋涛，赵润俐，田琦，董旭，武斌 （ ６６１） 深度学习下的高效单幅图像超分辨率重建方法 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 邱德府，郑力新，谢炜芳，朱建清 （ ６６８） 尺度变换下的直流电机参数辨识方法与实验验证 !!!!!!!!!!!!!!!!!!! 聂卓 " ，李兆洋，詹瑜坤，郑义民，蔡荣盛 （ ６７４） 光源色域面积评价方法的比较分析 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 廖欣怡，朱大庆，庄其仁 （ ６８３） 拟共形映照的参数表示 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 林珍连 （ ６９１） 粗糙集中几种粒结构的代数关系 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 罗来鹏，范自柱 （ ６９４） 期刊基本参数： ＣＮ３５  １０７９／Ｎ１９８０ｂＡ４１４０ｚｈＰ ￥１０． ００１０００２１２０１９  ０９ｎ 犑犗犝犚犖犃犔 犗犉 犎犝犃犙犐犃犗 犝犖犐犞犈犚犛 犐犜犢 （ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ） 犞狅 犾． ４０犖狅． ５ 犛狌犿１６９ 犛 犲狆．２０１９ 犆犗犖犜犈犖犜犛 Ｍｉ ｃ ｒ ｏｓ ｃｏｐｅＩｍａｇｅＱｕ ｉ ｃｋＦｕｓ ｉ ｏｎｉ ｎＢｒ ａ ｚ ｅｄＧｒ ａ ｉ ｎｓＭｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｍｅｎ ｔＳｙｓ ｔ ｅｍ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ＣＨＥＮＪｕｎｙ ｉ ｎｇ，ＣＵＩＣｈａｎｇｃ ａ ｉ（ ５６１） Ｄｉ ｉ ｔ ａ ｌＩｍａｇｅＰｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇＢａ ｓ ｅｄＰａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅＳ ｉ ｚ ｅＧｒ ａｄ ｉ ｎｇ Ｍｅ ａ ｓｕｒ ｅｍｅｎ ｔＭｅ ｔ ｈｏｄｆ ｏ ｒ ｇ Ｍａ ｃｈ ｉ ｎｅ ＭａｄｅＳａｎｄ !!!!!!!!!!!!!!!!!! ＣＡＩＹｕａｎｙｕａｎ，ＦＡＮＧ Ｈｕａ ｉ ｉ ｎｇ，ＹＵ Ｗｅｎ， ｙ ＨＵＡＮＧ Ｗｅｎ ｉ ｎｇ，ＬＩＮ Ｗｅ ｉ ｄｕａｎ，ＹＡＮＧＪ ｉ ａｎｈｏｎｇ （ ５６７） ｊ Ｍｏｄｅ ｌＰｒ ｅｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏｎＰａ ｔ ｈＴｒ ａ ｃｋ ｉ ｎｇ Ｍｅ ｔ ｈｏｄＣｏｎｓ ｉ ｄｅ ｒ ｉ ｎｇ Ｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅＳ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ＬＩＪｕｎ，ＴＡＮＧＳｈｕａｎｇ，ＺＨＯＵ Ｗｅ ｉ（ ５７４） Ｓｅ ａ ｔＡｄａｐ ｔ ｉ ｖｅＣｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌＣｏｎｓ ｉ ｄｅ ｒ ｉ ｎｇＤｙｎａｍｉ ｃＭｏｄｅ ｌｏ ｆＨｕｍａｎＢｏｄｙ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ＬＩＷｅ ｉ，Ｊ ＩＡＮＧＪ ｉ ｎｇｚｈｅｎ，ＬＵ Ｗｅ ｉ（ ５８０） Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｏ ｆＡｉ ｒＳｕｓｐｅｎｓ ｉ ｏｎＦａ ｉ ｌ ｕｒ ｅｏｎＰａ ｓ ｓ ｉ ｎｇＰｅ ｒ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅｏ ｆＳｍａ ｌ ｌＲａｄ ｉ ｕｓＣｕｒ ｖｅｏ ｆ Ｅｌ ｅｖａ ｔ ｅｄＲｕｂｂｅ ｒ Ｗｈｅ ｅ ｌＤｒ ｉ ｖｅｎＴｒ ａｍ !!!!!!!!!!!!!!!!!!! ＷＥＮ Ｘｉ ａｏｘ ｉ ａ，ＹＩＮ Ｘｉ ａｏｋａｎｇ，ＤＵ Ｚ ｉ ｘｕｅ （ ５８７） Ｄｅｖｅ ｌ ｏｐｍｅｎ ｔｏ ｆＵｎ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｒｕｐ ｔ ｉ ｂ ｌ ｅＰｏｗｅ ｒＳｕｐｐ ｌ ｔ ｒ ｏ ｌＳｙｓ ｔ ｅｍ Ｕｓ ｉ ｎｇ Ｍｏｄｅ ｌＤｅ ｓ ｉ ｙＣｏｎ ｇｎ !!!!!!!!!!!!!!!!!! ＣＨＥＮ Ｑｉ ｉ（ ５９３） ｙｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｒｏｎｇｋｕｎ，ＭＡＮ Ｆｅ Ｃｏｍｐａ ｒ ａ ｔ ｉ ｖｅＥｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔｏｎＰｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅＢｅ ｔｗｅ ｅｎＣａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅｏｕｓＳａｎｄａｎｄ ｙＤｉ Ｑｕａ ｒ ｔ ｚＳａｎｄ !!!!!!!!!! ＬＩＡＯ Ｒｅｎｇｕｏ，ＺＨＯＵ Ｘｉ ａｎｑ ｉ，ＣＡＩＹａｎｙａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉ ａｏｙａｎ （ ６００） Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｏ ｆＨｏｓ ｔ ｉ ｌ ｅＰｓ ｌ ｏｇｙｏｎＵｎｓ ａ ｆ ｅＢｅｈａｖ ｉ ｏ ｒｏ ｆＣｏｎｓ ｔ ｒｕｃ ｔ ｉ ｏｎ Ｗｏ ｒｋｅ ｒ ｓ ｙｃｈｏ !!!!!!!!!!!!!!!!! ＹＡＯ Ｍｉ ｎｇ ｌ ｉ ａｎｇ，ＱＩＳｈｅｎ ｕｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕｎｂｏ （ ６０６） ｊ Ｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆＳｏｃ ｉ ａ ｌＳ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｓｋＦａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓｉ ｎＤｅｍｏ ｌ ｉ ｔ ｉ ｏｎａｎｄＲｅ ｓ ｅ ｔ ｔ ｌ ｅｍｅｎ ｔＦｒ ｏｍ ｙＲｉ Ｔｗｏ ｉ ｏｎａ ｌＰｅ ｒ ｓｐｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅ ?Ｄｉｍｅｎｓ !!!!!!!!!!!!!!!!!! ＱＩＵ Ｙｉ ｓｈａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕｎｂｏ，ＱＩＳｈｅｎ ｕｎ （ ６１２） ｊ Ｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌＳ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆＣｏ ｒ ｒ ｏｓ ｉ ｏｎＢｅｈａｖ ｉ ｏ ｒｏ ｆＫａｏ ｌ ｉ ｎ Ｍｏｄ ｉ ｆ ｉ ｅｄＡｓｐｈａ ｌ ｔＰａｖｅｍｅｎ ｔ Ｕｎｄｅ ｒＲａ ｉ ｎｗａ ｔ ｅ ｒＡｃ ｉ ｄ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎＣｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎｓ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ＨＵ Ｃｈａｏ，ＢＡＯ Ｈｕ ｉｍｉ ｎｇ （ ６２１） Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔｏ ｆＭｏ ｉ ｓ ｔ ｕｒ ｅＡｂｓｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎａｎｄＤｅ ｓｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆＩ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｒＰｏ ｒ ｏｕｓＭａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓｏｎ ｐ ｐ Ａｉ ｒ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎｇＣｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｉ ｎＣｏｎ ｔ ａ ｉ ｎｅ ｒＲｏｏｍｓ ?Ｃｏｎｄ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ＷＵ Ｙａｎ，ＲＡＮ Ｍａｏｙｕ （ ６２７） Ｐｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓｆ ｏ ｒＰｒ ｅｐａ ｒ ｉ ｎｇＧｒ ａｐｈ ｉ ｔ ｅＯｘ ｉ ｄｅａ ｔＲｏｏｍ Ｔｅｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ! ＨＡＯ Ｙａｍｉ ｎｇ，ＤＥＮＧＺｈ ｉ ａｏｍｉ ｎ，ＣＨＥＮ Ｄａｎｑ ｉ ｎｇ，ＣＨＥＮ Ｇｕｏｈｕａ （ ６３４） ｐｅｎｇ，ＺＨＡＯ Ｘｉ Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆ犗?Ｍｏｎｏｃｈ ｌ ｏ ｔ ｒ ｉ ａ ｚ ｉ ｎｙ ｌ 犖， 犖?Ｔｒ ｉｍｅ ｔ ｈｙ ｌＣｈ ｉ ｔ ｏｓ ａｎｆ ｏ ｒＡｎ ｔ ｉ ｂａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌＣｏ ｔ ｔ ｏｎ ?犖 ， Ｆａｂｒ ｉ ｃ !!!!!!!!!!!!!!!!!!! ＣＨＥ Ｑｉ ｕ ｌ ｉ ｎｇ，ＬＩＭｉ ｎｇｃｈｕｎ，ＸＩＮ Ｍｅ ｉ ｈｕａ （ ６４０） Ｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄＰｒ ｅ ｌ ｉｍｉ ｎａ ｒ ｔ ｉ ｃＰｒ ｏｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓｏ ｆＣｏ ｌ ｄ ｔ ｅｄＡｌ ｋａ ｌ ｉ ｎｅＰｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅ ?Ａｄａｐ ｙＥｎｚ ｙｍａ Ｐｒ ｏｄｕｃ ｉ ｎｇＳ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ犆犺狉狔狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｓｐ．ｖｖ８ !!!!!!!!!!! ＨＥ Ｘｉ ａｏｙｕ，ＬＩＵ Ｃｈｅｎｇｚｈｏｎｇ，ＣＨＥＮ Ｍｉ ｎｇｘ ｉ ａ，ＬＩＨｅｙａｎｇ （ ６４６） Ｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔｏｎ Ｈｅ ａ ｔＣｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎｇＰｅ ｒ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅｏ ｆＭｉ ｎ ｉ ｌＦｌ ａ ｔ ｌ ａ ｔ ｅＳｏ ｌ ａ ｒＣｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ?Ｃｈａｎｎｅ ?Ｐ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ＣＨＡＮＧ Ｘｉ ａｏｑ ｉ，ＤＵ Ｚｈｅｎｙｕ （ ６５３） Ｃｏｕｐ ｌ ｉ ｎｇ Ｏｐ ｔ ｉｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎｆ ｏ ｒＡｉ ｒＳｏｕｒ ｃ ｅＨｅ ａ ｔＰｕｍｐａｎｄＡｕｘ ｉ ｌ ｉ ａ ｒ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃＨｅ ａ ｔ ｉ ｎｇＦ ｌ ｏｏ ｒ ｙＥｌ Ｒａｄ ｉ ａｎ ｔＨｅ ａ ｔ ｉ ｎｇＳｙｓ ｔ ｅｍ !!!!!!!!! ＷＡＮＧ Ｙａｎｇ ｔ ａｏ，ＺＨＡＯ Ｒｕｎ ｌ ｉ，ＴＩＡＮ Ｑｉ，ＤＯＮＧ Ｘｕ，ＷＵ Ｂ ｉ ｎ（ ６６１） Ｅｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔＳ ｉ ｎｇ ｌ ｅＩｍａｇｅＳｕｐｅ ｒ ｓｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎＲｅ ｃｏｎｓ ｔ ｒｕｃ ｔ ｉ ｏｎ Ｍｅ ｔ ｈｏｄＵｎｄｅ ｒＤｅ ｅｐＬｅ ａ ｒｎ ｉ ｎｇ ?Ｒｅ !!!!!!!!!!!!! ＱＩＵ Ｄｅ ｆ ｕ，ＺＨＥＮＧ Ｌ ｉ ｘ ｉ ｎ，ＸＩＥ Ｗｅ ｉ ｆ ａｎｇ，ＺＨＵＪ ｉ ａｎｑ ｉ ｎｇ （ ６６８） Ｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ Ｍｅ ｔ ｈｏｄｆ ｏ ｒＤＣ Ｍｏ ｔ ｏ ｒＢａ ｓ ｅｄｏｎＳｃ ａ ｌ ｉ ｎｇ Ｔｒ ａｎｓ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄＥｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌ Ｖｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ !!! ＮＩＥＺｈｕｏｙｕｎ，ＬＩＺｈａｏｙａｎｇ，ＺＨＡＮ Ｙｕｋｕｎ，ＺＨＥＮＧ Ｙｉｍｉ ｎ，ＣＡＩＲｏｎｇｓｈｅｎｇ （ ６７４） Ｃｏｍｐａ ｒ ａ ｔ ｉ ｖｅａｎａ ｌ ｉ ｓｏ ｆｍｅ ｔ ｈｏｄｓｆ ｏ ｒｅｖａ ｌ ｕａ ｔ ｉ ｎｇ Ｇａｍｕ ｔＡｒ ｅ ａｏ ｆＬ ｉ ｔＳｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｙｓ ｇｈ !!!!!!!!!!!!!!!!!! ＬＩＡＯ Ｘｉ ｎｙ ｉ，ＺＨＵ Ｄａｑ ｉ ｎｇ，ＺＨＵＡＮＧ Ｑｉ ｒ ｅｎ （ ６８３） Ｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃＲｅｐ ｒ ｅ ｓ ｅｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆＱｕａ ｓ ｉ ｃｏｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｌＭａｐｐ ｉ ｎｇｓ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ＬＩＮＺｈｅｎ ｌ ｉ ａｎ （ ６９１） Ａｌ ｒ ａ ｉ ｃＲｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆＳｅｖｅ ｒ ａ ｌＧｒ ａｎｕ ｌ ａ ｒＳ ｔ ｒｕｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓｉ ｎＲｏｕｇｈＳｅ ｔ ｓ ｇｅｂ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ＬＵＯ Ｌａ ｉ ｉ ｚｈｕ （ ６９４） ｐｅｎｇ，ＦＡＮＺ 犛 犲 狉 犻 犪 犾犘犪 狉 犪犿犲 狋 犲 狉 狊：ＣＮ３５  １０７９／Ｎ１９８０ｂＡ４１４０ｚｈＰ ￥１０． ００１０００２１２０１９  ０９ｎ 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１９０１０２８ ? 钎焊磨粒测量系统中的 显微图像快速融合 陈俊英１，２，崔长彩１ （ １．华侨大学 制造工程研究院，福建 厦门 ３６１０２１； ２．集美大学 机械与能源工程学院，福建 厦门 ３６１０２１） 摘要： 为了直观地表征钎焊砂轮表面磨粒的形貌，针对钎焊磨粒测量系统中显微镜头景深小，难于一次性清 晰成像的问题，提出基于聚焦评价函数的磨粒显微图像快 速 融 合 方 法 ．以 聚 焦 评 价 函 数 的 最 大 值 为 依 据 判 别 聚焦像素点，提取聚焦像素点颜色信息进行图像融合 ．针对特殊照明条件造成的融合误差进行误差补偿，对融 合结果呈现的雾化现象，采用暗通道先验法 进 行 去 雾 处 理 ．实 验 结 果 表 明：单 颗 磨 粒 １３７ 幅 １６００ｐｘ×１２００ １０ｓ；文中方法可快速、直观地表征钎焊砂轮表面磨粒形貌 ． ｐｘ 显微图像融合过程用时 ５． 关键词： 钎焊磨粒；聚焦评价函数；图像融合；暗通道先验 中图分类号： ＴＨ７４２；ＴＧ７４． ３ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０５６１ ０６ ? ? ? 犕犻 犮 狉 狅 狊 犮 狅狆犲犐犿犪 犲犙狌 犻 犮犽犉狌 狊 犻 狅狀犻 狀 犵 犅狉 犪 狕 犲 犱犌狉 犪 犻 狀 狊犕犲 犪 狊 狌 狉 犲犿犲 狀 狋犛狔 狊 狋 犲犿 ， ＣＨＥＮＪｕｎｙ ｉ ｎｇ１ ２，ＣＵＩＣｈａｎｇｃ ａ ｉ１ （ １．Ｉ ｎｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅｏ ｆＭａｎｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕｒ ｉ ｎｇＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ； ｙ，Ｘｉ ２．Ｃｏ ｌ ｌ ｅｇｅｏ ｆＭｅ ｃｈａｎ ｉ ｃ ａ ｌａｎｄＥｎｅ ｒ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｊ ｉｍｅ ｉＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｇｙＥｎｇ ｙ，Ｘｉ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｉ ｎｏ ｒ ｄｅ ｒｔ ｏｉ ｎ ｔ ｕ ｉ ｔ ｉ ｖｅ ｌ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅｔ ｈｅｇ ｒ ａ ｉ ｎｔ ｏｐｏｇ ｒ ａｐｈｙｏ ｆｂ ｒ ａ ｚ ｅｄｇ ｒ ｉ ｎｄ ｉ ｎｇ ｗｈｅ ｅ ｌ，ａ ｉｍｉ ｎｇａ ｔｔ ｈｅ ｙｃｈａ ｒ ｏｂ ｌ ｅｍｏ ｆｄ ｉ ｆ ｆ ｉ ｃｕ ｌ ｔ ｌ ａｐ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎｇｃ ｌ ｅ ａ ｒｉｍａｇｅｄｕｅｔ ｏｔ ｈｅｓｍａ ｌ ｌｄｅｐ ｔ ｈｏ ｆｆ ｉ ｅ ｌ ｄｏ ｆｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏｐｅｌ ｅｎｓａｄｏｐ ｔ ｅｄｉ ｎｔ ｈｅ ｐ ｙｃ ｉ ｃｋｉｍａｇｅｆ ｕｓ ｉ ｏｎｍｅ ｔ ｈｏｄｂａ ｓ ｅｄｏｎｆ ｏ ｃｕｓ ｉ ｎｇｅ ｖａ ｌ ｕａ ｔ ｉ ｏｎｆ ｕｎｃ ｔ ｉ ｏｎｗａ ｓｐ ｒ ｏｐｏ ｓ ｅｄ． ｒ ａ ｉ ｎｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｍｅｎ ｔｓｙ ｓ ｔ ｅｍ，ａｑｕ ｇ Ｆｏ ｃｕｓ ｅｄｐ ｉ ｘｅ ｌ ｓｗｅ ｒ ｅｄｅ ｔ ｅ ｒｍｉ ｎｅｄｂａ ｓ ｅｄｏｎｔ ｈｅｍａｘ ｉｍｕｍｏ ｆｆ ｏ ｃｕｓ ｉ ｎｇｅ ｖａ ｌ ｕａ ｔ ｉ ｏｎｆ ｕｎｃ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｔ ｈｅｃ ｏ ｌ ｏ ｒｉ ｎ ｆ ｏ ｒｍａ  ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｆ ｏ ｃｕｓ ｅｄｐ ｉ ｘｅ ｌ ｓｗａ ｓｅｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｅｄｆ ｏ ｒｉｍａｇｅｆ ｕｓ ｉ ｏｎ．Ｔｈｅｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｓｃ ａｕｓ ｅｄｂｙｌ ｉ ｔ ｉ ｎｇｓ ｉ ｔ ｕａ ｔ ｉ ｏｎｗｅ ｒ ｅｃ ｏｍｐｅｎｓ ａ ｔ ｅｄ ｇｈ ａｎｄｔ ｈｅｄａ ｒ ｋｃｈａｎｎｅ ｌｐ ｒ ｉ ｏ ｒａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍ ｗａ ｓｕｓ ｅｄｔ ｏｒ ｅｍｏｖｅｔ ｈｅｆ ｏｇｇｙｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏ ｆｆ ｕｓ ｅｄｉｍａｇｅ．Ｔｈｅｅｘｐｅ ｒ ｉ  ｇｏ ｍｅｎ ｔｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｔ ｈａ ｔａｔ ｏ ｔ ａ ｌｏ ｆ１３７ｉｍａｇｅ ｓｏ ｆａｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅｇ ｒ ａ ｉ ｎｗｉ ｔ ｈ１６００ｐｘ×１２００ｐｘｗｅ ｒ ｅｆ ｕｓ ｅｄｉ ｎ５． １０ｓ． Ｔｈｅｐ ｒ ｏｐｏ ｓ ｅｄｍｅ ｔ ｈｏｄｃ ａｎｑｕ ｉ ｃｋ ｌ ｎ ｔ ｕ ｉ ｔ ｉ ｖｅ ｌ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅｔ ｈｅｇ ｒ ａ ｉ ｎｔ ｏｐｏｇ ｒ ａｐｈｙｏｎｂ ｒ ａ ｚ ｅｄｇ ｒ ｉ ｎｄ ｉ ｎｇ ｗｈｅ ｅ ｌ ｙａｎｄｉ ｙｃｈａ ｓｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ． 犓犲 狉 犱 狊： ｂ ｒ ａ ｚ ｅｄｇ ｒ ａ ｉ ｎｓ；ｆ ｏ ｃｕｓ ｉ ｎｇ ｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｆ ｕｎｃ ｔ ｉ ｏｎ；ｉｍａｇｅｆ ｕｓ ｉ ｏｎ；ｄａ ｒ ｋｃｈａｎｎｅ ｌｐ ｒ ｉ ｏ ｒ 狔狑狅 磨削是最常用的材料去除工艺，几 乎 占 整 个 加 工 过 程 生 产 总 成 本 的 ２０％ ～２５％ ［１］．磨 削 加 工 是 砂 轮表面磨粒与工件相互作用的过程 ［２?３］．其中，钎焊砂轮是磨削加工中应用较为广泛的磨具 ．研究 人员需 要观测并直观表征钎焊磨粒形貌，以进一步指导钎焊砂轮加工工艺或辅助磨削机理研究，最终达到提高 磨削加工质量的目的 ［４］．钎焊砂轮磨粒和基体之间通过金属结合剂高温钎焊实现化学冶金结合，其磨粒 收稿日期： ２０１９ ０１ ０７ ? ? 通信作者： 崔长彩（ １９７２ ?），女，教授，博士，博士生导师，主要从事表面形貌评 定 技 术、表 面 形 貌 测 量 技 术 及 自 动 测 量 仪器的研究 ． Ｅ ｉ ｌ： ｃｕ ｉ ｃｈｃ＠ｈｑｕ． ｅｄｕ． ｃｎ． ?ｍａ 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ Ｕ１８０５２５１）；福建省厦门市科学技术局资助项目（ ３５０２Ｚ２０１８３０１９） 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５６２ ２０１９ 年 粒度和出露高度一般较大，采用普通机器视觉方法难以观测到磨粒的形貌细节 ［５］．采用垂直层析扫描获 取显微图像序列，并从中提取视场中各点的高度值以实现三维重构是聚焦合成法的基本原理 ．该方法可 根据磨粒的尺度选择合适的放大倍数和层析间距，是钎焊磨粒较为适用的光学测量方法 ．基于聚焦合成 原理搭建测量平台，采集显微层析图像序列，由于显微镜 头 景深小，每幅 显 微 图 像 仅 能 获 得 少 量 清 晰 成 像点，因此，需对层析显微图像进行快速融合，从而获得超景深的磨粒形貌 ．常见的图像融合算法有基于 ［］ 空间域和基于变换域两类 ．像素级的灰度方差 算子法、 Ｓｏｂｅ ｌ梯度 算 子 法、 Ｌａｐ ｌ ａ ｃ ｅ算 子 法 等 ６ 空 间 域 融 合方法直观且效率高，但融合图像对比度较低 ［７］．而空间域方法中基于区域分割的相关改进算法 ［８］对图 像进行区域分解，提取出聚焦区域 后 再 进 行 重 构，其 算 法 复 杂 度 高 ．基 于 变 换 域 的 多 尺 度 变 换 法 ［９?１２］的 算法同样复杂 ．然而，钎焊磨粒出露于结合剂表面几十微 米到几百 微米，层 析 扫 描 的 显 微 图 像 数 量 一 般 多达几十至上百幅，如果采用复杂的 融 合 算 法，则 计 算 量 大、速 度 慢 ．本 文 采 用 像 素 级 空 域 方 法 进 行 融 合，并通过暗通道先验技术进行去雾处理 ［１３］，最终快速获得超景深融合图像 ． １ 显微层析图像融合原理 聚焦合成法采用的显微镜头物像关系为 １ １ １ ＝ ＋ ． 狌 狏 犳 式（ １）中： 狌 为物距； 狏 为像距； 犳 为焦距 ． （ １） 显微镜物像关系，如 图 １ 所 示 ．移 动 显 微 镜 头 与 电荷耦 合 器 件 （ ＣＣＤ）可 使 各 层 上 的 点 依 次 聚 焦 成 图 １ 显微镜物像关系 Ｆ ｉ １ Ｏｂ ｅ ｃ ｔ ｉｍａｇｅｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｍｉ ｃ ｒ ｏｏｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌｌ ｅｎｓ ? ｇ． ｊ 像，镜头移动 量 就 是 聚 焦 成 像 各 点 相 对 于 初 始 位 置 的相对高度 ．采用聚焦评价函数评 价 某 个 像 素 点（ 狓， 狔）在 镜 头 移 动 过 程 中 的 聚 焦 程 度，当 该 点 聚 焦 时， 聚焦评价函数值（聚焦测度值）最大 ． 聚焦点包含高频信号，而离焦点为低频信号，故采用高 通滤 波 算 子 提 取 高 频 聚 焦 信 号 ．常 见 的 算 子 有基于梯度算子（ ＧＲＡ）、基于拉普拉斯算子（ ＬＡＰ）、基于小波算子（ＷＡＶ）、基于 统计 学算子（ ＳＴＡ）、基 于离散余弦 变 换 算 子 （ ＤＣＴ）和 Ｍｉ ｓ ｃ ｅ ｌ ｌ ａｎｅｏｕｓ 杂 项 算 子 （ＭＩ Ｓ）．其 中， ＬＡＰ 各 方 面 性 能 均 具 有 优 越 性 ［１４］． ＬＡＰ 是像素点与邻域像素点二阶差分的和，其表达式为 犉（ 狓， 狀）＝狘４犵 ′（ 狓， 狀）－犵 ′（ 狓， 狀）－犵 ′（ 狓， 狀）－ 狔， 狔， 狔 ＋狊， 狔 －狊， ′（ ′（ 狓 ＋狊， 狀）－犵 狓 －狊， 狀）狘． 犵 狔， 狔， （ ２） 式（ ′（ ２）中： 犉（ 狓， 狀）为像素点（ 狓， 狓， 狀）的拉普拉斯变换值； 狊 为步长； 狀 为图像序列号 ． 狔， 狔）灰度值 犵 狔， 显微图像融合原理，如图 ２ 所示 ．对于像素点（ 狓， 狔），当 其 聚焦评 价函数 取得极 大值 时，其对 应的图 像 序列号为犽，则（ 狓， Δ犺 为扫描层析间隔）．此像素点的红、绿、蓝色彩值狉， 狔）的相对高度值为犽×Δ犺（ 犵， 犫 存储于融合图像彩色通道数组 犚 ， 犌， 犅 中，遍 历 所 有 像 素 点，提 取 聚 焦 点 高 度 信 息 生 成 三 维 点 云 实 现 重构，提取聚焦点颜色信息生成融合图像犐（ 狓， 狔），则在三维形貌测量的同时，完成图像融合 ． 图 ２ 显微图像融合原理 Ｆ ｉ ２ Ｐｒ ｉ ｎｃ ｉ ｌ ｅｏ ｆｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏｐ ｉ ｃｉｍａｇｅｆ ｕｓ ｉ ｏｎ ｇ． ｐ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 陈俊英，等：钎焊磨粒测量系统中的显微图像快速融合 ５６３ ２ 钎焊砂轮表面磨粒形貌测量与图像融合系统 磨粒形貌测量与图像融合过程 需进 行垂直 扫 描，故 测 量 系 统 需要一个垂直方向（ 犣 向）的运动控制 ．为了精确 获取 镜头与 ＣＣＤ 移动量，应 配 置 犣 向 位 移 反 馈 ．此 外，系 统 还 应 配 备 轴 向 方 向 （ 犢 向）的运动控制和位移反馈，以及砂轮转动装置与转动反馈 ． 测量与融合系统的 原 理，如 图 ３ 所 示 ．砂 轮 表 面 全 场 所 有 磨 粒均可通过运动 控 制 移 动 到 显 微 镜 头 的 视 场 中，通 过 系 统 反 馈， 可获取磨粒的位置信息，最终实现砂轮表面全场测量 ． 钎焊磨粒出露于 结 合 剂 表 面，呈 现 出 复 杂 的 形 貌 ．由 于 显 微 图 ３ 测量与融合系统的原理 Ｆ ｉ ３ Ｐｒ ｉ ｎｃ ｉ ｌ ｅｏ ｆｇ ｒ ａ ｉ ｎｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｍｅｎ ｔ ｇ． ｐ 测量采用同轴光照明，磨粒多面体 形状中的 侧面 区域使 光 反 射 在 ａｎｄｆ ｕｓ ｉ ｏｎｓｙ ｓ ｔ ｅｍ 孔径角外，光学系统接收不到侧面 反射 光，造 成 这些 点 成 像 失 败 ． 因此，需要外加光纤冷光源，使侧面区域反射光进入光学系统 ．然而，外加光源在改善侧面区域照明的同 时，也带来磨粒表面、金属结合剂表面的强反射现象，由于强反射光中多为偏振炫光，故在测量系统中应 采用偏振片滤除 ． ３ 实验结果及分析 ３． １ 实验平台的搭建 搭建的实验 平 台，如 图 ４ 所 示 ．图 ４ 中： 犢， 犣 轴位移由滚 珠丝杆与步进电机驱动，步进分辨率为 １μｍ，均配备直线光栅 进行位置反馈，分辨率 为 ０． １μｍ；砂 轮 转 动 由 步 进 电 机 驱 动， 转动圆光栅 反 馈 分 辨 率 为 ０． ００１ °；显 微 镜 头 放 大 倍 数 为 ３５０ 倍，横向分 辨 率 为 ０． ６７μｍ；镜 头 景 深 值 小 于 ５μｍ； 犣 向层析 间距应小于 ２． ５μｍ，以确 保 纵 向 测 量 精 度 小 于 ５μｍ．图 像 序 列号 狀 分别为 １０， ５０， ９０ 时的层析图像，如图 ５ 所示 ． （ ａ）狀＝１０ 图 ４ 实验平台 Ｆ ｉ ４ Ｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒｍ ｇ． （ ｂ）狀＝５０ （ ｃ）狀＝９０ 图 ５ 显微图像系列中的典型图像 Ｆ ｉ ５ Ｔｙｐ ｉ ｃ ａ ｌｉｍａｇｅ ｓｉ ｎｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏｐ ｉ ｃｉｍａｇｅｓ ｅ ｅ ｇ． ｑｕｅｎｃ ３． ２ 图像融合及融合误差补偿 由式（ ２）可知，拉普拉斯变换为像素点与相邻狊 的 像 素 点 进 行 的 差 分 运 算，由 于 相 邻 像 素 点 的 点 扩 散函数之间互相干扰，引起多极值现象，不利于极值点的提取 ［１５］．因此，常采 用改进的 拉普拉 斯算 子，即 步长狊＞１．然而，步长狊 太大会造成 信 号 的 过 度 平 滑 ．由 于狊＝３ 的 重 构 精 度 评 价 指 标 （ 犙ｒ）优 于 其 他 选 ［ １４］ 值 ，故选择狊＝３ 作为拉普拉斯变换步长 ．同 时， 狊＝３ 也 是 三 维 形 貌 测 量 与 重 构 所 采 用 的 拉 普 拉 斯 变 换步长 ．文中图像融合算法与高度测量重构可同时进行，仅 需增 加聚焦 点 颜 色 信 息 读 取 的 运 行 时 间，无 需采用如小波变换等方法在变换域进行融合运算再进行反变 换 的复 杂运 算，也 无 需 增 加 额 外 的 硬 件 支 持 ．图像融合误差分析与补偿，如图 ６ 所示 ．图 ６ 中： 犉（ 狓， 狀）为聚焦测度 ． 狔， 由于钎焊砂轮的结合剂为金属材质，在显微测量条件 下，强 反 射 引 起 少 量 区 域 曝 光 现 象 难 以 避 免， 这些像素点始终不能清晰成像，融合效果图（圆形虚线框）呈现明显 的 融合 误差，如图 ６（ ａ）所示 ．提取误 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５６４ ２０１９ 年 差点与正常像素点的聚焦测度 曲 线，如 图 ６（ ｂ）所 示 ．由 图 ６（ ａ），（ ｂ）可 知：（ 狓１ ， 犉（ 狓１ ， 狔１ ）为 误 差 点， 狔１ ， 狀）聚焦测度值偏小，且无单值尖峰；（ 狓２ ， 狔２）为正常点，聚焦测度 曲 线 呈 现 明 显 的 单 值 尖 峰 ．根 据 聚 焦 测 度最大值的特征，采用阈值将 正 常 区 域 与 异 常 区 域 进 行 区 分，如 图 ６（ ｃ）所 示 ．对 于 分 割 出 的 异 常 像 素 点，取该像素点层析序列图像狉， 犫 的均值 ．误差补偿结果，如图 ６（ ｄ）所 示 ．由 图 ６ 可知：融 合效 果满足 犵， 直观表征磨粒的要求，但有一定的对比度不足和雾化现象 ．因此，需进一步进行去雾算法处理，以获得更 好的图像效果 ． （ ａ）图像融合结果 （ ｂ）正常与误差点的聚焦测度曲线 （ ｃ）正常点与误差点的区分 （ ｄ）误差补偿后的图像效果 图 ６ 融合误差分析与补偿 Ｆ ｉ ６ Ｆｕｓ ｉ ｏｎｅ ｒ ｒ ｏ ｒａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓａｎｄｃ ｏｍｐｅｎｓ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｇ． ｙ ３． ３ 暗通道先验去雾处理 由于磨粒突出于结合剂，图像中结合剂过渡到磨粒的 区 域照 明 光 线 弱，形 成 暗 通 道 区 域，故 采 用 一 种基于暗通道先验的去雾算法对融合图像进行去雾处理 ［１３，１６］．有雾化现象的图像数学模型为 （ 犐（ 狓， 狓， 狋（ 狓， １－狋（ 狓， ． ３） 狔）＝ 犑（ 狔） 狔）＋犃（ 狔）） 式（ ３）中： 犐（ 狓， 犑（ 狓， 犃 为光成分； 狋（ 狓， 狔）为需进行去雾处理的融合磨粒图像； 狔）为生成的无雾图像； 狔）为 透射率 ． 求得 犃 与狋（ 狓， 狓， 狔），即可获得无雾图像 犑（ 狔）． 对图像中每个像素点 犚， 犌， 犅 分量的最小值进行最小值滤 波，获得 暗通道 图 ．由 暗 通 道 先 验 理 论 可 知，无雾图像的暗通道图趋于 ０．据此理论推导，可得透射率预估值狋 狓， 珓（ 狔）为 犐犮（ 狓， 狔） （ 狋 狓， ｎ ｍ ｉ ｎ ． ４） 珓（ 狔）＝ １－ω· ｍｉ 犮 （ ， ） 犮 犃 狔∈Ω 狓 狔 式（ ４）中： 犮 为犚 ， 犌， 犅 通道； 狓， 狓， Ω（ ω 为保留 少量 雾化 引 入 的 因 子， 狔）是以像素（ 狔）为 中心 的 一个窗口； （ （ ）） ９５． ω＝０． 犃 值按以下规则进行估算： １）在暗通道图中，按 亮 度 大 小 取 前 ０． １％ 的 像 素； ２）从 这 些 像 素 位 置， 在原始有雾图像犐（ 狓， 犌， 犅 值，其均值即为 犃 值 ． 狔）中提取这些点中亮度最大值的像素点的 犚， 由于狋 狓， 狓， 狋 狓， 珓（ 珓（ 珓（ 狔）很小时，可能导致白场，故设置一个阈值狋０ ，当狋 狔）值小于狋０ 时， 狔）＝狋０ ，取狋０ ＝ １．最终的去雾恢复公式为 ０． 犑（ 狓， 狔）＝ 犐（ 狓， 狔）－犃 ＋犃． ｍａｘ（ 狋（ 狓， 狋０） 狔）， 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． （ ５） 第５期 陈俊英，等：钎焊磨粒测量系统中的显微图像快速融合 ５６５ 去雾处理结果，如图 ７ 所示 ． ３． ４ 对比分析 将文中方法 与 其 他 图 像 融 合 方 法 的 运 行 时 间 进 行 对 比， 如表 １ 所示 ．表 １ 中： 狋 为 时 间； ＰＣＡ 为 主 成 分 分 析 法； ＧＦＦ 为 导引滤波法；Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ＧＩＦ 为 综 合 几 ?ＧＦＦ 为 多 尺 度 导 引 滤 波 法； 种图像融合方法的一种应用的简称 ［１２］． 文中方法基于Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ（ Ｒ）Ｃｏ ｒ ｅ（ ＴＭ）ｉ ３ ４１３０ＣＰＵ， １２Ｇ 内 ? 存，Ｗｉ ｎ７， ＶＳ２０１０，单颗磨粒 １３７ 幅 １６００ｐｘ×１２００ｐｘ 显 微 图 ７ 去雾处理结果 图像融合过程用时 ５． １０ｓ，平 均 每 幅 图 像 融 合 时 间 为 ０． ０４ｓ． Ｆ ｉ ７ Ｈａ ｚ ｅｒ ｅｍｏｖａ ｌｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｇ． 在文献［ １２］中，每组有 ２ 幅 图 像，文 中 方 法 处 理 ２ 幅 图 像 的 时 间为 ０． ０８ｓ．由此可知，采用基于拉普拉斯聚焦评价函数的空域方法更直观、高效、快速 ． 表 １ 融合算法运行时间对比 Ｔａｂ． １ Ｒｕｎｎ ｉ ｎｇｔ ｉｍｅｏ ｆｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｉｍａｇｅｆ ｕｓ ｉ ｏｎｍｅ ｔ ｈｏｄｓ 参数 ＰＣＡ 文献［ １２］方法 ＧＩＦ ＧＦＦ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ?ＧＦＦ 文中方法 ／ｓ 狋 １． ５９ ８． ４０ ０． ５８ １． ０４ １． ５０ ０． ０８ 磨粒分布位置和出露高度，如图 ８ 所示 ．图 ８ 中： 犡 为 圆 周 方 向； 犢 为 轴 向 方 向 ．部 分 融 合 后 的 超 景 深磨粒图像，如图 ９ 所示 ．由图 ９ 可知：磨粒 １ 和磨粒 １７ 顶端破碎；磨粒 ２３ 和磨粒 ２６ 晶型完整；磨粒 ２４ 和磨粒 ２５ 位置靠近黏连团聚（虚线框）；磨粒 ２０ 根部断裂；磨粒 １０ 横向断裂 ．这些磨粒中，磨粒 ２５ 出露 高度大，其顶端与工件相互作用发生磨损，而磨粒 ２０ 发生了根部断裂，出露高度最小 ． （ ａ）被测量样本区间 （ ｂ）磨粒序号与分布位置 图 ８ 样本区间及磨粒位置 Ｆ ｉ ８ Ｓａｍｐ ｌ ｅｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖａ ｌａｎｄｇ ｒ ａ ｉ ｎｓｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｇ． （ ａ）磨粒 １ （ ｂ）磨粒 １７ （ ｃ）磨粒 ２４ （ ｄ）磨粒 ２５ （ ｅ）磨粒 ２３ （ ｆ）磨粒 ２６ （ ｇ）磨粒 ２０ （ ｈ）磨粒 １０ 图 ９ 部分磨粒形貌 Ｆ ｉ ９ Ｐａ ｒ ｔ ｉ ａ ｌｇ ｒ ａ ｉ ｎｓｍｏ ｒ ｌ ｏｇｙ ｇ． ｐｈｏ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５６６ ２０１９ 年 ４ 结束语 采用聚焦评价函数进行显微图像的快速融合，获得磨粒超景深显微图像 ．研究钎焊磨粒的形貌特殊 性，并提出有效的照明改善方案 ．分析图像融合的误差原因，并进行误差补偿；对融合结果呈现的对比度 较低及雾化现象，采用暗通道先验算法进行去雾处理，最终获得满足直观表征要求的磨粒超景深显微图 像 ．搭建闭环控制测量系统，基于测量系统的运动反馈，可在 获得融 合 图 像 的 同 时，获 得 磨 粒 位 置 ．结 果 表明：文中方法可以快速、有效、直观地表征钎焊砂轮表面磨粒 ．今后将对文中方法测量其他工艺制作的 砂轮的适用性进行研究 ． 参考文献： ［ １］ 邓朝晖，刘战强，张晓红 ．高速高效加工领域科学技术发展研究［ Ｊ］．机械 工 程 学 报， ２０１０， ４６（ ２３）： １０６ １２０． ＤＯＩ： １０． ? ３９０１／ＪＭＥ． ２０１０． ２３． １０６． ［ ２］ ＳＵ Ｈｏｎｇｈｕａ， ＤＡＩＪ ｉ ａｎｂｏ， ＤＩＮＧ Ｗｅｎ ｆ ｅｎｇ， 犲 狋犪 犾． Ｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈｏｎｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅｏ ｆｍｏｎｏ ｌ ａｙｅ ｒｂ ｒ ａ ｚ ｅｄｄ ｉ ａ  ｍｏｎｄｗｈｅ ｅ ｌｔ ｈｒ ｏｕｇｈａｎｅｗ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｅｄ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ ｍｅ ｔ ｈｏｄ：Ｐ ｌ ａ ｔ ｅｗｈｅ ｅ ｌｄ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ［ Ｊ］． Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＡｄｖａｎｃ ｅｄ Ｍａｎｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎｇＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， ２０１６， ８７（ ９／１０／１１／１２）： ３２４９ ３２５９． ＤＯＩ： １０． １００７／ｓ ００１７０ ０１６ ８６４６ ９． ? ? ? ? ［ ３］ ＴＡＨＶＩＬＩＡＮ Ａ Ｍ， ＬＩＵ Ｚｈａｏｈｅｎｇ， ＣＨＡＭＰＬＩＡＵＤ Ｈ， 犲 狋犪 犾． Ｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｇ ｒ ｉ ｎｄ ｉ ｎｇ ｗｈｅ ｅ ｌｇ ｒ ａ ｉ ｎｔ ｏｐｏｇ ｒ ａｐｈｙ ｕｎｄｅ ｒｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｒ ｏｂｏ ｔ ｉ ｃｇ ｒ ｉ ｎｄ ｉ ｎｇｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎｓｕｓ ｉ ｎｇｃ ｏｎ ｆ ｏ ｃ ａ ｌｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏｐｅ［ Ｊ］． Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＡｄｖａｎｃ ｅｄ Ｍａｎｕ  ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎｇＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， ２０１５， ８０（ ５／６／７／８）： １１５９ １１７１． ＤＯＩ： １０． １００７／ｓ ００１７０ ０１５ ７１０９ ｚ． ? ? ? ? ［ ４］ 黄辉，林思煌，徐西鹏 ．单颗金刚石磨粒磨削玻璃的磨削力研究［ Ｊ］．中国机械工程， ２０１０， ２１（ １１）： １２７８ １２８２． ? ［ ５］ 杨栖凤，崔长彩，黄国钦 ．金刚石砂轮表面二维形貌全场测量和分析［ Ｊ］．华侨大 学 学 报（自 然 科 学 版）， ２０１８， ３９（ ４）： １３ １８． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１７１１０１３． ? ? ［ ６］ 姜志国，史文华，韩冬兵，等 ．基于聚焦合成的显微三维成像系统［ Ｊ］． ＣＴ 理论与应用研究， ２００４， １３（ ４）： １０ １５． ＤＯＩ： ? １０． ３９６９／ ４１４０． ２００４． ０４． ００３． ｉ ｓ ｓｎ． １００４ ? ｊ． ［ ７］ ＡＩ ＳＨＷＡＲＹＡ Ｎ， ＢＥＮＮＩＬＡ Ｔ Ｃ．Ａｎｉｍａｇｅｆ ｕｓ ｉ ｏｎｆ ｒ ａｍｅｗｏ ｒ ｋｕｓ ｉ ｎｇ ｍｏ ｒ ｌ ｏｇｙａｎｄｓｐａ ｒ ｓ ｅｒ ｅｐ ｒ ｅ ｓ ｅｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎ［ Ｊ］． ｐｈｏ Ｍｕ ｌ ｔ ｉｍｅｄ ｉ ａＴｏｏ ｌ ｓａｎｄＡｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｓ， ２０１７， ７７（ ８）： ９７１９ ９７３６． ＤＯＩ： １０． １００７／ｓ １１０４２ ０１７ ５５６２ ４． ? ? ? ? ［ ８］ 刘明君，董增寿，邵贵成，等 ．基于改进的四叉树分解多聚焦图像融合算法研究［ Ｊ］，科技通报， ２０１９， ３５（ ４）： １５２ １５６． ? ［ ９］ 冯鑫，胡开群，袁毅，等 ．基于超分辨率和组稀疏表示的多聚焦图像融合［ Ｊ］．光子学报， ２０１９（ ７）： ９０ １０１． ? ［ １０］ 李凯，罗晓清，张战成，等 ．基于四元数小波变换和 Ｃｏｐｕ ｌ ａ 模型的图像融合［ Ｊ］．计算机科学， ２０１９， ４６（ ４）： ２９３ ２９９． ? ｉ ｓ ｓｎ． １００２ ＤＯＩ： １０． １１８９６／ １３７Ｘ． ２０１９． ０４． ０４６． ? ｊ． ［ ／ＯＬ］．北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 ． １１］ 谢颖贤，武迎春，王玉 梅，等 ．基 于 小 波 域 清 晰 度 评 价 的 光 场 全 聚 焦 图 像 融 合 ［ Ｊ ｂｈ． １００１ １０． １３７００／ ５９６５． ２０１８． ０７３９． ＤＯＩ： ? ｊ． ［ １２］ 杨艳春，李娇，党建武，等 ．基于引导滤波与改进 ＰＣＮＮ 的多聚焦图像融合算法［ Ｊ］．光 学 学 报， ２０１８， ３８（ ５）： ７８ ８７． ? ＤＯＩ： １０． ３７８８／ａｏ ｓ ２０１８３８． ０５１０００１． ［ １３］ ＨＥ Ｋａ ｉｍｉ ｎｇ， ＳＵＮＪ ｉ ａｎ， ＴＡＮＧ Ｘｉ ａｏ ′ｏｕ． Ｇｕ ｉ ｄｅｄｉｍａｇｅｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎｇ［ Ｃ］∥Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｅｄ ｉ ｎｇｓｏ ｆｔ ｈｅＥｕ ｒ ｏｐｅ ａｎＣｏｎ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅｏｎ Ｃｏｍｐｕ ｔ ｅ ｒＶｉ ｓ ｉ ｏｎ． Ｈｅ ｒ ａｋ ｌ ｉ ｏｎ： Ｓｐ ｒ ｉ ｎｇｅ ｒ， ２０１０： １ １４． ＤＯＩ： １０． １００７／９７８ ３ ６４２ １５５４９ ９＿ １． ? ? ? ? ? ［ １４］ ＰＥＲＴＵＺＳ， ＰＵＩＧＤ， ＧＡＲＣＩＡ Ｍ Ａ． Ａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓｏ ｆｆ ｏ ｃｕｓｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｏｐｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｓｆ ｏ ｒｓｈａｐｅ ｆ ｒ ｏｍ? ｆ ｏ ｃｕｓ［ Ｊ］． Ｐａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎＲｅ ｃ ｏｇ  ? ｙ ｎ ｉ ｔ ｉ ｏｎ， ２０１３， ４６（ ５）： １４１５ １４３２． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｔ ｃ ｏｇ． ２０１２． １１． ０１１． ? ｊ． ｐａ ［ １５］ 王超，蒋远大，翟光杰，等 ．基于数字图像处 理 的 自 控 显 微 镜 聚 焦 算 法 研 究 ［ Ｊ］．仪 器 仪 表 学 报， ２００９， ３０（ ６）： １２９０ ? ｉ ｓ ｓｎ： １２９４． ＤＯＩ： １０． ３３２１／ ０２５４ ３０８７． ２００９． ０６． ０３３． ? ｊ． ［ １６］ 王伟鹏，戴声奎 ．引导滤波在 雾 天 图 像 清 晰 化 中 的 应 用 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１５， ３６（ ３）： ２６３?２６８． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１５． ０３． ０２６３． ? （责任编辑：钱筠 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：崔长彩） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１９０３００９ ? 采用数字图像处理的机制砂 粒度级配检测方法 蔡园园１，房怀英１，余文１，黄文景２，林伟端２，杨建红１ （ １．华侨大学 机电装备过程监测及系统优化福建省高校重点实验室，福建 厦门 ３６１０２１； ２．福建南方路面机械有限公司，福建 泉州 ３６２０２１） 摘要： 针对振动筛分法存在筛网破裂和颗粒原有尺寸损坏的不足，开发一套机制砂检测系统 ．基于数字图像 处理的方法，系统提取颗粒的轮廓特征 ．研究不同的等效粒径表征算法，并 采 用 等 效 椭 圆 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ短 径 作 为 等 效 粒径 ．对花岗岩和石灰石两种材质的机制砂进行重复性实验 ．实验结果表明：去除粉尘对降低测量误差有重要 作用；系统测量的各粒度区间体积比与筛分法最大 误 差 为 ３． ２６％ ，最 大 重 复 性 误 差 为 １． ８０％ ；细 度 模 数 与 筛 分法最大误差为 ０． ０８，最大重复性误差为 ０． ０４；花岗岩粒测量结果比石灰石更接近筛分法 ． 关键词： 机制砂；数字图像处理；等效粒径；粒度级配；筛分法 中图分类号： Ｕ４１４；ＴＰ３９１． ４ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０５６７ ０７ ? ? ? 犇犻 犻 狋 犪 犾犐犿犪犵 犲犘狉 狅 犮 犲 狊 狊 犻 狀犵犅犪 狊 犲 犱犘犪 狉 狋 犻 犮 犾 犲犛 犻 狕 犲犌狉 犪犱 犻 狀犵 犵 犲犛犪狀犱 犕犲 犪 狊 狌 狉 犲犿犲狀 狋犕犲 狋 犺狅犱犳 狅 狉犕犪 犮犺 犻 狀犲 ?犕犪犱 ＣＡＩＹｕａｎｙｕａｎ１，ＦＡＮＧ Ｈｕａ ｉ ｉ ｎｇ１，ＹＵ Ｗｅｎ１， ｙ ＨＵＡＮＧ Ｗｅｎ ｉ ｎｇ２，ＬＩＮ Ｗｅ ｉ ｄｕａｎ２，ＹＡＮＧＪ ｉ ａｎｈｏｎｇ１ ｊ （ １．ＫｅｙＬａｂｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｆＰｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓＭｏｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎｇａｎｄＳｙｓ ｔ ｅｍ Ｏｐ ｔ ｉｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎｆ ｏ ｒＭｅ ｃｈａｎ ｉ ｃ ａ ｌａｎｄ ｙｏ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌＥｑｕ ｉ ｔＦｕ ｉ ａｎＰｒ ｏｖ ｉ ｎｃ ｅＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ； ｐｍｅｎ ｊ ｙ，Ｈｕａｑ ｙ，Ｘｉ ２．Ｆｕ ｉ ａｎＳｏｕ ｔ ｈ Ｈｉ ｃｈ ｉ ｎｅ ｒ ｉｍｉ ｔ ｅｄＣｏｍｐａｎｙ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ３６２０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｊ ｇｈｗａｙ Ｍａ ｙＬ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ａｉｍｉ ｎｇａ ｔｔ ｈｅｐ ｒ ｏｂ ｌ ｅｍｓｏ ｆ ｍｅ ｓｈｒ ｕｐ ｔ ｕ ｒ ｅａｎｄ ｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｄａｍａｇｅｉ ｎｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｎｇｓ ｃ ｒ ｅ ｅｎ ｉ ｎｇ ｍｅ ｔ ｈｏｄ，ａ ｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｍｅｎ ｔｓｙ ｓ ｔ ｅｍｆ ｏ ｒｍａ ｃｈ ｉ ｎｅ ａｎｄｇ ｒ ａｄ ｉ ｎｇｗａ ｓｄｅ ｖｅ ｌ ｏｐｅｄ．Ｔｈｅｃ ｏｎ ｔ ｏｕ ｒｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓｏ ｆｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓｗｅ ｒ ｅｅｘ  ?ｍａｄｅｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｅｄｂａ ｓ ｅｄｏｎｔ ｈｅｄ ｉ ｉ ｔ ａ ｌｉｍａｇｅｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ ｍｅ ｔ ｈｏｄ．Ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｅ ｉ ｖａ ｌ ｅｎ ｔｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌ  ｇ ｑｕ ｇｏ ｒ ｉ ｔ ｈｍｓｗｅ ｒ ｅｓ ｔ ｕｄ ｉ ｅｄ．Ｔｈｅｅ ｉ ｖａ ｌ ｅｎ ｔｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｌＦｅ ｒ ｅ ｔｓｈｏ ｒ ｔｄ ｉ ａｍｅ ｔ ｅ ｒｗａ ｓｕｓ ｅｄａ ｓｔ ｈｅｅ ｉ ｖａ ｌ ｅｎ ｔｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅ．Ｔｈｅ ｑｕ ｐ ｑｕ ｒ ｅｐｅ ｔ ｉ ｔ ｉ ｖｅｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ｓｏｎｔ ｈｅｍａ ｃｈ ｉ ｎｅ ａｎｄｏ ｆｇ ｒ ａｎ ｉ ｔ ｅａｎｄｌ ｉｍｅ ｓ ｔ ｏｎｅｓｈｏｗｔ ｈａ ｔｔ ｈｅｒ ｅｍｏｖａ ｌｏ ｆｄｕｓ ｔｐ ｌ ａｙ ｓ ?ｍａｄｅｓ ａｎｉｍｐｏ ｒ ｔ ａｎ ｔｒ ｏ ｌ ｅｉ ｎｒ ｅｄｕｃ ｉ ｎｇｔ ｈｅｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｍｅｎ ｔｅ ｒ ｒ ｏ ｒ．Ｔｈｅｍａｘ ｉｍｕｍｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅｏ ｆｔ ｈｅｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖａ ｌａｎｄ ｈｅ ｍａｘ ｉｍｕｍ ｒ ｅｐｅ ａ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｒ ｒ ｏ ｒｉ ｓ１． ８０％．Ｔｈｅ ｔ ｈｅｓ ｃ ｒ ｅ ｅｎ ｉ ｎｇ ｍｅ ｔ ｈｏｄ ｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｄｂｙｔ ｈｅｓｙ ｓ ｔ ｅｍｉ ｓ３． ２６％ ，ｔ ｙｅ ｍａｘ ｉｍｕｍｂ ｉ ａ ｓｏ ｆｆ ｉ ｎｅｎｅ ｓ ｓｍｏｄｕ ｌ ｕｓｆ ｒ ｏｍｓ ｉ ｅ ｖ ｉ ｎｇ ｍｅ ｔ ｈｏｄｉ ｓ０． ０８，ａｎｄｔ ｈｅｍａｘ ｉｍｕｍｒ ｅｐｅ ａ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｒ ｒ ｏ ｒｉ ｓ０． ０４． ｙｅ Ｔｈｅｇ ｒ ａｎ ｉ ｔ ｅｇ ｒ ａ ｉ ｎｓ ｉ ｚ ｅｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｄｂｙｔ ｈｅｐ ｒ ｏｐｏ ｓ ｅｄ ｍｅ ｔ ｈｏｄｉ ｓｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｒｔ ｏｔ ｈｅｓ ｃ ｒ ｅ ｅｎ ｉ ｎｇ ｍｅ ｔ ｈｏｄｔ ｈａｎｔ ｈａ ｔｏ ｆｌ ｉｍｅ  ｓ ｔ ｏｎｅ． 犓犲 狉 犱 狊： ｍａ ｃｈ ｉ ｎｅ ａｎｄ；ｄ ｉ ｉ ｔ ａ ｌｉｍａｇｅｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ；ｅ ｉ ｖａ ｌ ｅｎ ｔｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅ；ｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅｇ ｒ ａｄ ｉ ｎｇ；ｓ ｉ ｅ  ?ｍａｄｅｓ ｇ ｑｕ 狔狑狅 ｖ ｉ ｎｇ ｍｅ ｔ ｈｏｄ 收稿日期： ２０１９ ０３ ０５ ? ? 通信作者： 房怀英（ １９７８ Ｅ ｉ ｌ： ｈａｐｐｅｎ＠ｈｑｕ． ｅｄｕ． ｃｎ． ?），女，副教授，博士，主要从事高端机制砂装备的研究 ． ?ｍａ 基金项目： 福建省引导性项目（ ２０１８Ｈ００２１）；福建省自然科学基金资助项 目（ ２０１７Ｊ ０１１０８）；福 建 省 泉 州 市 科 技 计 划 项目（ ２０１８Ｃ１００Ｒ）；华侨大学研究生科研创新能力培育计划资助项目（ １７０１４０８０００１） 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５６８ ２０１９ 年 巨大的市场需求使得国内天然砂资源逐年减少，为保护 有限 的资 源，采 用 机 制 砂 代 替 天 然 砂 ．为 了 符合国家标准的要求 ［１］，需要对机制砂的生产质量进 行监测 ．传 统 检 测 集 料 粒 度 的 方 法 是 振 动 筛 分 法， 属于接触式测量，筛分过程中，砂石产生碰撞易损坏其原有的粒度，且粒度较小的颗粒易造成筛网堵塞， 筛分精度会受粒形影响，导致检测结果不准确 ．图像分析 法 采用的 是非 接 触 式 测 量，能 准 确 地 测 量 机 制 ［］ 砂的粒度，避免砂石原有尺寸被破 坏 ． Ｃｈｅｎ 等 ２ 提 出 一 种 在 线 视 觉 测 量 的 方 法，主 要 测 量 粒 径 为 １～３ ［］ ｍｍ 的颗粒 ． Ｙａｎｇ 等 ３ 提出一种在线检测机 制 砂 颗 粒 粒 径 粒 形 的 装 置，能 实 时 无 接 触 地 对 粗 骨 料 颗 粒 ［］ 进行监测 ． Ｈａｍｚ ｅ ｌ ｏｏ 等 ４ 发现以机制砂颗粒的最大内切圆直径作为粒径，测得结果与筛分法误差较小 ． 对纳米级颗粒，主要采用激光 测 量 其 粒 度 ［５?６］．对 机 制 砂 颗 粒，多 以 等 效 椭 圆 短 径 作 为 其 粒 度 的 表 征 方 ［ ］ ［ ］ 法 ［７?９］． Ｚｈｅｎｇ 等 １０ 介 绍 一 种 立 体 摄 影 的 粒 度 表 征 方 法，能 测 量 颗 粒 厚 度 ． Ｂａｐ ｔ ｉ ｓ ｔ ａ 等 １１ 提 出 一 种 新 算 ［ ］ 法，评估沙质海岸中沉积物尺寸 ． Ｂａｇｈｅ ｒ ｉ等 １２ 引入不规则颗粒尺寸和形 状的新 策略，分析 体积、表面积 ［ ］ 和各种形状的描述符 ［１３］．陈红等 ［１４］利用红 绿 蓝（ ＲＧＢ）图 像，提 高 灰 度 等 级 和 边 缘 灰 度 梯 度 ．吴 金 辉 １５ 设计一种通过电容传感器测量机制砂含水率（质量分数）的方法，根据物 料 电 容 的 变 化，测 得 含 水 率 ．陈 琦 ［１６］发 现 在机制 砂混 凝 土中，加 入一定 比例 的 石粉能 明显提 高混凝土的 坍落度，改善混凝 土的粘 聚性 和保水性 ．然而，上述方法基本上都只研究一个参数，没有用整套的测量系统测量完整的级配料 ．本文开 发一种机制砂测量系统，能够同时测量机制砂不同特性参数 ． １ 检测系统与表征方法 １． １ 测量平台 机制砂测量系统的硬件主要包括含水率检测模块、粒度 粒形 检 测 模 块、除 粉 模 块 和 回 收 模 块 ．含 水 率检测模块包括计量翻转装置和烘干装置，烘干后的机制砂由翻转装置翻转进入粒度粒形检测模块；粒 度粒形检测模块包括振动给料器、分散管和暗箱，振动给 料 器将机 制砂 连 续 传 送 到 分 散 管，使 颗 粒 达 到 均匀分散的效果，通过分散管的颗粒进入暗箱中进 行图像 采集，暗 箱包 括 发 光 二 极 管（ ＬＥＤ）背 光 源、镜 头和工业相机；回收模块回收检测完的机制砂 ．检测系统的整体结构，如图 １ 所示 ． 图 １ 检测系统装置图 Ｆ ｉ １ Ｄｉ ａｇ ｒ ａｍｏ ｆｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｍｅｎ ｔｓｙ ｓ ｔ ｅｍｄｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｇ． １． ２ 机制砂级配表征 依据国家标准筛分法中颗粒级配的定义，颗粒的分级是通过每个筛网中残余的质量进行分级 ．机制 砂在各个粒度区间［ 犪犻， 犪犻＋１］（单位： ｍｍ）的分计筛余率（ 犃）的计算式为 犃＝ 犞ｍ 犞ｍ 犿 ×１００％ ＝ ρ ×１００％ ＝ ×１００％． 犿ｔ 犞Ｍ ρ犞 Ｍ （ １） 式（ １）中： 犿 为各号筛上的筛余质量； 犿ｔ 为待测机制砂的总质量； 犞ｍ 为各号 筛上砂的 体积； 犞Ｍ ρ 为密度； 为总体积 ． 图像分析法测量颗粒级配时，由于无法直接得出颗粒质 量，对 于 同 一 物 质 而 言，可 用 颗 粒 的 等 效 体 积间接表征颗粒质量 ． １． ２． １ 等效粒径表征 在评价一个标准形状物体如标 准圆、标 准小球 的 大 小 时，只 需 直 径 这 一 特 征 参 数，但对于一些不规则的颗粒，单一的参数无法真实地表征其粒径 ．对于机制砂颗粒等效粒径的表征，选 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 蔡园园，等：采用数字图像处理的机制砂粒度级配检测方法 ５６９ 取了 ３ 种不同的费雷特（ Ｆｅ ｒ ｅ ｔ）直径算法进行研究，如图 ２ 所示 ． （ ａ）等效椭圆 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ直径 （ ｂ）过质心最短 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ直径 （ ｃ）Ｆｅ ｒ ｅ ｔ短径 图 ２ ３ 种不同的 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ径算法 Ｆ ｉ ２ Ｔｈｒ ｅ ｅｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍｓｏ ｆＦｅ ｒ ｅ ｔｄ ｉ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｇ． ｇｏ 将颗粒等效为椭圆，如图 ２（ ａ）所示 ．图 ２（ ａ）中：椭 圆 的 长 轴 犪 为 颗 粒 的 最 大 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ直 径；短 轴 犫 为 椭圆 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ短径 ．等效椭圆 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ短径（ 犇）是与有相同面积的、长轴与最大 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ径相等的椭圆所对应的 短轴，其计算式为 ４犛 （ ． ２） π×犪 式（ ２）中： 犛 为颗粒投影面积； 犪 为颗粒最大 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ直径 ． 过质心的最短 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ径算法，如图 ２（ ｂ）所 示 ．通 过 颗 粒 的 中 心 （ 狓０ ， 狔０ ），任 何 方 向 上 的 直 径 都 称 为 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ直径 ．选颗粒中垂直于狓 轴的 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ直径为起点，每相隔５ °计算一次颗粒 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ直径 ．选取的 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ 犇＝ 直径与颗粒相交于（ 狓１ ， 狓２ ， ｒ ｅ ｔ 狔１）和（ 狔２）两点，若这 两 点 间 的 距 离 最 短，则 这 段 距 离 被 称 为 过 质 心 的 Ｆｅ 短径（ 犡Ｆｅｒｅｔ），其计算式为 ２ ２ （ 犡Ｆｅｒｅｔ ＝ 槡（ 狓１ －狓２） ３） ＋（ 狔１ －狔２） ． Ｆｅ ｒ ｅ ｔ短径算法，如图 ２（ ｃ）所 示 ． Ｆｅ ｒ ｅ ｔ短 径 又 称 为 卡 尺 距 离，它 是 一 种 物 体 沿 某 一 方 向 测 量 的 尺 寸 ．一般该度量方法被定义为两条平行线之间的距离 ．这两 个平 行面需 要 卡 住 物 体，并 垂 直 于 指 定 的 方 向 ．在 ０ °～１８０ °间选取与颗粒相切的平行线，求出平行线之间最小的距离，则为 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ短径 ． １． ２． ２ 投影面积 计算颗粒的投影面积需要提取颗粒 轮廓，如 图 ３ 所 示 ．由 于 颗 粒 轮 廓 是 由 轮 廓 上 每 一个像素点中心连接而成，而实际采集到的像素点有长度和宽度，颗粒轮廓内的面积比颗粒的实际投影 面积要小 ．颗粒轮廓内的面积，如图 ４ 所示 ．颗粒总面积，如图 ５ 所示 ．为 了 能 够 真 实 反 映 颗 粒 的 投 影 面 积大小，在二值图中，以直接计算颗粒所占像素点的个数作为颗粒的投影面积 ． 图 ３ 颗粒轮廓 图 ４ 颗粒轮廓面积 图 ５ 颗粒总面积 Ｆ ｉ ３ Ｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｃ ｏｎ ｔ ｏｕ ｒｍａｐ ｇ． Ｆ ｉ ４ Ａｒ ｅ ａｏ ｆｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｃ ｏｎ ｔ ｏｕ ｒ ｇ． Ｆ ｉ ５ Ｔｏ ｔ ａ ｌａ ｒ ｅ ａｏ ｆｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｇ． １． ２． ３ 机制砂形态质量表征方法 根据国家标准 ［ １］ ，机 制砂的 粒 径 等 级 是 由 方 孔 筛 的 尺 寸 决 定 的 ．筛 分后，某号筛网上余留的颗粒质量与总质量的比值称为分计筛余率；某号筛的分计筛余率与大于该号筛 的各筛分计筛余率的总和，称为累计筛余率 ．机制砂的细度模数（ 犕ｘ）计算式为 犕ｘ ＝ （ 犃２ ＋犃３ ＋犃４ ＋犃５ ＋犃６）－５犃１ ． １００－犃１ （ ４） 式（ ４）中： 犃１ ， 犃２ ， 犃３ ， 犃４ ， 犃５ ， 犃６ 分别为 ４． ７５， ２． ３６， １． １８， ０． ６０， ０． ３０， ０． １５ 筛网的累计筛余率 ． 由于测量的机制砂需要测定含水率和含粉量（质量 分数），所以 在整 个 测 量 装 置 中 添 加 了 两 个 计 量 翻转装置，分别用来计量机制砂不同状态下的质量 ．将待 测 的机制 砂倒 入 检 测 装 置 中，由 计 量 翻 转 装 置 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５７０ ２０１９ 年 １（图 １）称出其质量为 犿１ ，在加热系统中加热 １０ ｍｉ ｎ，待 水 分 完 全 蒸 发 后，由 计 量 翻 转 装 置 １ 再 次 称 出 其质量为 犿２ ，通过两次称出的质量差值，可以得到含水率 ．含水率（ 犣）的计算式为 犿１ － 犿２ ×１００％． 犿１ 式（ ５）中： 犿１ 为烘干前质量， 犿２ 为烘干后的质量， ｇ； ｇ． （ ５） 犣＝ 烘干后的机制砂进入粒度粒形检测模块进行检测，在该模块中设有除粉装置，检测完后的机制砂进 入回收模块中的计量翻转装置 ２，通过该装置称出其质量为 犿３ ．根 据除粉前、后的 质量差值 可以得 到机 制砂的含粉量，含粉量（ 犠 ）的计算式为 犠 ＝ 犿２ － 犿３ ×１００％． 犿２ （ ６） 式（ ６）中： 犿３ 为除粉后的质量， ｇ． ２ 实验结果及分析 对于设计的机制砂粒度级配、含水率、含粉量检测系统，首先，将 ３ 种不同等效粒径方法与筛分法进 行对比，选取最接近筛分法的等效粒径方法；其次，研究 机制 砂粉量 去 除 对 测 量 结 果 的 影 响；最 后，对 不 同材质的机制砂进行重复性实验，验证检测系统的准确度 ． ２． １ 不同粒度表征参数 实验所需的机制砂来自于福建省泉州市花岗岩，依据 ＪＴＧ Ｅ４２－２００５《公路工程集 料试验 规程》［１７］ 进行筛分，将筛分得到的单级料依据文献［ １］中 国 家 二 区 曲 线 的 标 准，分 别 配 制 犕ｘ 为 ２． ８ 和 ２． ６的级 配料，并通过实验，选择最佳粒径表征参数 ． 提出 ３ 种不同的表征等效粒径的方法，并分别对其进 行 实验 验 证，将 结 果 与 国 标 筛 分 法 进 行 对 比 ． 不同 犕ｘ 的机制砂粒径（ 犾） ?通过率（ η）曲线，如图 ６ 所示 ． （ ａ）犕ｘ ＝２． ６ （ ｂ）犕ｘ ＝２． ８ 图 ６ 不同 犕ｘ 的机制砂粒径?通过率曲线 ｓ ｓｒ ａ ｔ ｅｃｕ ｒ ｖｅ ｓｆ ｏ ｒｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔ犕ｘ Ｆ ｉ ６ Ｍａ ｃｈ ｉ ｎｅ ａｎｄｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅ ?ｍａｄｅｓ ?ｐａ ｇ． 由图 ６ 可知： Ｆｅ ｒ ｅ ｔ短径算法曲线均在筛分法 曲 线 的 上 方，当 机 制 砂 粒 径 为 ２． ３６～４． ７５ ｍｍ 时，该 曲线的斜率小于筛分法曲线的斜率，表 明 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ短 径 算 法 的 颗 粒 含 量 （体 积 分 数）小 于 筛 分 法； Ｆｅ ｒ ｅ ｔ短 径与卡住颗粒两条平行线间的距离 有 关，且 受 颗 粒 形 状 影 响，因 此，细 长 形 大 颗 粒 粒 径 偏 小； 犕ｘ 越 小， 粒径为 ２． ３６～４． ７５ｍｍ 的颗粒含量越少 ．因此，粒 径 区 间 为 ２． ３６～４． ７５ ｍｍ 的 颗 粒 粒 径 测 量 值 偏 小， 被计算到粒径区间为 １． １８～２． ３６ｍｍ 中 ．由于 犕ｘ 越 小，影响 越 大，因 此，相 较 于 犕ｘ 为 ２． ８ 的 机 制 砂， 犕ｘ 为 ２． ６ 的机制砂在粒径为 ２． ３６～４． ７５ｍｍ 时的体积分数明显偏小，而在粒径为 １． １８～２． ３６ ｍｍ 时 的体积分数明显偏大 ． 过质心最短 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ径算法在表征颗 粒 粒 径 时，小 颗 粒 占 像 素 点 较 少，造 成 计 算 结 果 不 准 确，使 粒 径 为 ０． １５～０． ３０ｍｍ 的颗粒含量小于筛分法；大颗 粒 棱 角 较 明 显 ．在 选 择 质 心 时，受 颗 粒 形 状 影 响，粒 径 为 ２． ３６～４． ７５ｍｍ 的颗粒含量小于筛分法，而粒径区间为 ０． ６０～１． １８ ｍｍ 和 １． １８～２． ３６ ｍｍ 的颗粒 棱角并不明显，颗粒形状对结果影响较小 ．由于粒径区间为 ０． １５～０． ３０ｍｍ 和 ２． ３６～４． ７５ ｍｍ 的颗粒 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 蔡园园，等：采用数字图像处理的机制砂粒度级配检测方法 ５７１ 含量变少，导致粒径为 ０． ６０～１． １８ｍｍ 的颗粒含量变多（图 ６（ ａ）），粒径为 １． １８～２． ３６ｍｍ 的颗粒含量 变多（图 ６（ ｂ））． 等效椭圆 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ径算法是将颗粒等效成一个椭圆，将等效的椭圆短轴作 为等效粒 径 ．该 方法 减小了 颗粒形状对 粒 径 计算的影响，且计算 结果最 接 近国家 标准 筛分法，所 以，选用等 效椭圆 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ径作 为 等 效粒径的表征参数 ． ２． ２ 含粉量 在测量系统中加入除粉装置去除粉尘，通过实验检验除粉模块去除粉尘的效果，并验证去除粉尘对 降低测量误差的重要性 ．实验的机制砂来自 于 福 建 省 泉 州 市 的 花 岗 岩，配 制 犕ｘ 为 ２． ８ 的 级 配 料，在 配 制的过程中，人为加入粉尘颗粒（ 犾＜０． １５ｍｍ）．一组在检测过程中打开除粉 装置；另外一组 则关闭 除粉 装置 ．检测得 到 当 除 粉 装 置 打 开 或 关 闭 时，不 同 粒 径 区 间 所 得 颗 粒 的 筛 余 结 果，如 表 １ 所 示 ．表 １ 中： Δ开 、 Δ关 分别为筛分法所测结果与打开或关闭除粉装置时所测结果的误差 ． 表 １ 除粉装置打开或关闭时的筛余结果 Ｔａｂ． １ Ｓｃ ｒ ｅ ｅｎ ｉ ｎｇｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｗｉ ｔ ｈａｎｄｗｉ ｔ ｈｏｕ ｔｔ ｈｅｐｏｗｄｅ ｒｒ ｅｍｏｖａ ｌｄｅ ｖ ｉ ｃ ｅ 犾／ｍｍ 项目 ％ 犠 ２． ３６～４． ７５ １． １８～２． ３６ ０． ６０～１． １８ ０． ３０～０． ６０ ０． １５～０． ３０ 筛分法 １２． ００ ２６． ００ ２３． ００ １７． ８０ １１． ２０ １０． ００ 除粉装置开 １０． ５４ ２８． ７２ ２３． ７１ １７． ９９ ８． ３９ １０． ６５ 除粉装置关 ９． ９７ ２７． １３ ２４． ５５ ２０． ６０ １４． ６０ １． ００ Δ开 －１． ４６ ２． ７２ ０． ７１ ０． １９ －２． ９０ ０． ６５ Δ －２． ０３ １． １３ １． ５５ ２． ８０ ３． ４０ －９． ００ 关 由表 １ 可知：除粉装置关闭时，仍能检测到 １％ 的含粉量，这是由 于粉尘 分散不均 匀，且 易吸 附在其 他颗粒上，使相机采集到的真实粉尘颗粒偏少，导致识别出的粉尘（ 犾＜０． １５ ｍｍ）颗粒 明显 变少；除粉装 置打开时，检测到机制砂的含粉量与实际含粉量误差为 ０． ６５％．因此，打开除 粉装 置不仅达 到了去 除粉 尘的目的，还使检测到的机制砂含粉量误差相对较小 ． 在检测颗粒含量时，除粉装置是否打开对粒 径 为 ０． １５～０． ３０ ｍｍ 颗 粒 的 影 响 最 大 ．对 粒 径 区 间 为 ０． １５～０． ３０ｍｍ 的颗粒，在除粉装置打开时，图像法的检测结 果与筛 分法所 测结果 的误 差为 －２． ９０％ ； 在除粉装置 关 闭 时，误差为 ３． ４０％．由 此可 知，关 闭除粉 装置 会使该粒径范 围的含量 急剧增 加，这 是 因 为粉尘在没有去除时易汇聚成团，使得图像分析 法 测 量 时，将 成 团 的 粉 尘 误 识 别 为 ０． １５～０． ３０ ｍｍ 的 颗粒，从而导致该范围内的颗粒含量增多 ．因此，关闭除粉装置会使图像分析法测量的误差偏大，含粉量 越增加，影响越明显；检测系统中加入除粉装置能够降低图像分析法测量的误差，且能有效去除粉尘 ． ２． ３ 不同材料的机制砂级配料 分别选用两种不同材料的机制砂进行实验，验证检测系统的精度和重复性 ．选择的机制砂来源于福 建省泉州市花岗岩和山东省济南市石灰石 ．将机制砂配制成 犕ｘ 为 ２． ８，每种砂样各 ３ 份，进行 ３ 次重复 性 实验，实验结果如表２ 所示 ．表 ２ 中： Δｍａｘ为３ 次实验结果与筛分法的最大误差； Δ重 复 性 为３ 次重复性实 验的误差 ． 由表 ２ 可得以下 ５ 点结论 ． １５～０． ３０ｍｍ 花岗岩的颗粒含量小于筛分法，而石灰石的 颗粒含量 大于筛 分法 ．这是 １）粒径为 ０． 因为花岗岩主要成分是石英，具有一定的透光性，粒径较 小 的颗粒 在测 量 过 程 中，被 光 源 发 出 的 光 直 接 穿透而没有反射至相机，所以没有采集到该颗粒的图像；而石灰石的透光性较差，颗粒轮廓呈现较明显 ． ２）粒径大 于 ０． ３０ ｍｍ 的石 灰石各 粒度区 间测量 值基本 都小于筛分法 ．因为 石灰石 颗粒形状 不 规 则，且较细长，导 致等效椭 圆长轴偏 长 ．由式（ ２）可知：等效椭 圆 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ短 径会偏小 ．颗粒粒径 越小，颗 粒 形状越不明显，影响越小 ． ３）粒径为 ０． ６０～１． １８ｍｍ 和 １． １８～２． ３６ｍｍ 的花岗岩 的颗 粒含量大 于筛分 法，其余 均小 于筛分 法；粒径为 ０． １５～０． ３０ｍｍ 的石灰石的颗粒含量大于筛分法，其 余基本 都小于筛 分法 ．花岗 岩的 犕ｘ 更 接近筛分法，其最大误差为 ０． ０３，石灰石的最大误差为 ０． ０８．根据式（ １），粒度区间的筛余率越大，对 犕ｘ 影响越大 ．由于花岗岩大颗粒占比偏多，而石灰石小颗粒占比偏多，故花岗 岩的 犕ｘ 都大于 石灰石 ．由于 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５７２ ２０１９ 年 粒径大于 ０． ３０ｍｍ 的石灰石的颗粒含量基本偏小，使其 犕ｘ 明显小于筛分法 ． 表 ２ 不同材料的筛余实验结果 Ｔａｂ． ２ Ｓｃ ｒ ｅ ｅｎ ｉ ｎｇｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｏ ｆｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ 犾／ｍｍ 项目 筛分法 实验 １ 花 岗 岩 石 灰 石 ％ 犠 犕狓 １１． ２０ １０． ００ ２． ８０ ２． ３６～４． ７５ １． １８～２． ３６ ０． ６０～１． １８ ０． ３０～０． ６０ ０． １５～０． ３０ １２． ００ ２６． ００ ２３． ００ １７． ８０ ８． ７４ ２９． ２０ ２４． ９１ １７． ６７ ８． ０６ １１． ４４ ２． ７９ 实验 ２ ９． ３７ ２８． ９７ ２４． ７０ １７． ６４ ８． １３ １１． １９ ２． ８０ 实验 ３ １０． ５４ ２８． ７２ ２３． ７１ １７． ９９ ８． ３９ １０． ６５ ２． ８３ Δｍａｘ －３． ２６ ３． ２０ １． ９１ ０． １９ －３． １４ １． ４４ ０． ０３ Δ重 复 性 实验 １ １． ８０ ０． ４８ １． ２０ ０． ３５ ０． ３３ ０． ７９ ０． ０４ １１． １６ ２５． ２０ ２１． ７４ １７． ７８ １３． ９４ １０． １８ ２． ７２ 实验 ２ １１． ３５ ２５． ０２ ２１． ３６ １７． ５４ １４． ６５ １０． ０８ ２． ７２ 实验 ３ １２． ４２ ２４． ６４ ２１． １６ １７． ２０ １４． ４１ １０． １７ ２． ７３ Δｍａｘ －０． ８４ －１． ３６ －１． ８４ －０． ６０ ３． ４５ ０． １８ －０． ０８ Δ重 复 性 １． ２６ ０． ５６ ０． ５８ ０． ５８ ０． ７１ ０． １０ ０． ０１ ４）花岗岩和石灰石的最大重复性误差出现在粒径区间 ２． ３６～４． ７５ｍｍ，分别为 １． ８０％ 和 １． ２６％． 因为相机采集到的颗粒信息会受颗粒下落姿态的影 响，不同 下落姿 态提取 的 轮 廓 面 积 和 等 效 粒 径 都 不 同 ．该区间内的颗粒较大，且自由落体下落，各面姿态差异大，故该粒径区间的重复性误差较大 ． ５）花岗岩的测量值更接近筛分法，石灰石的整体值小于筛分法 ．与筛分法相比，花岗岩 在粒 径区间 为 ２． ３６～４． ７５ｍｍ 测量值的误差最大，为 ３． ２６％ ；重复性误差 为 １． ８０％ ； 犕ｘ 误差最 大，为 ０． ０３．同样， 石灰石在粒径为 ０． １５～０． ３０ｍｍ 测量值误差最大，为 ３． ４５％ ；在粒径为 １． １８～２． ３６ｍｍ 的重复性误差 为 １． ２６％ ； 犕ｘ 误差最大，为 ０． ０８． ３ 结论 针对振动筛分法存在筛网破裂和损坏颗粒原有尺寸的不足，设计一种机制砂检测系统，并对其进行 试验，得到以下 ３ 点结论 ． １）不同粒度表征算法对比实验表明：采用等效椭圆 Ｆｅ ｒ ｅ ｔ径作为机制砂颗粒的等效粒径，测量结果 更加接近国家标准筛分法 ． ２）含水率检测和除粉装置使待测的机制砂能够保持干燥的状态，更有利于分 散管对机 制砂进 行分 散，颗粒不会粘连而影响测量结果，同时，也排除了机制砂中粉尘对测量的干扰 ． ３）实验研究了机制砂粒 度 测 量 的 精 度 和 重 复 性，花 岗 岩 材 料 测 得 的 细 度 模 数 犕ｘ 普 遍 大 于 石 灰 石 ．对于单粒度区间，与筛分法相比，其最大误差为 ３． ２６％ ，最大 重复 性 误 差 为 １． ８０％ ； 犕ｘ 的 最 大 误 差 为 ０． ０８，重复性误差为 ０． ０４．由于颗粒形状的影响，花岗 岩 粒形 较 圆 润，石 灰 石 棱 角 较 明 显，所 以，测 得 的花岗岩实验结果更接近于筛分法 ． 该检测系统具有检测速度快、采用非接触测量、不会破 坏颗 粒 的 原 有 形 状 等 优 点，能 够 用 于 制 砂 设 备检测机制砂的质量，并在实际工程中发挥重要的作用 ． 参考文献： ［ １］ 陈家珑，周文娟，牛威，等 ．《建设用砂》（ ＧＢ／Ｔ１４６８４－２０１１）修订解析［ Ｊ］．建 筑 技 术， ２０１２， ４３（ ７）： ５９１ ５９４． ＤＯＩ： １０． ? ｉ ｓ ｓｎ． １０００ ４７２６． ２０１２． ０７． ００４． ３９６９／ ? ｊ． ［ ２］ ＣＨＥＮ Ｌｕｍｉ ｎ， ＣＨＥＮ Ｚｈｅｎ， ＦＥＮＧ Ａｎｓｈｅｎｇ． Ｉｍａｇｅａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍａｎｄｖｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｆ ｏ ｒｏｎ ｌ ｉ ｎｅｍｏ ｌ ｅ ｃｕ ｌ ａ ｒｓ ｉ ｅ ｖｅ ? ｙ ｇｏ ｓ ｉ ｚ ｅａｎｄｓｈａｐｅｉ ｎｓｐｅ ｃ ｔ ｉ ｏｎ［ Ｊ］． Ａｄｖａｎｃ ｅｄＰｏｗｄｅ ｒＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， ２０１４， ２５（ ２）： ５０８?５１３． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ａｐ ｔ． ２０１３． ０８． ｊ． ００４． ［ ３］ ＹＡＮＧＪ ｉ ａｎｈｏｎｇ， ＣＨＥＮＳ ｉ ｉ ａ． Ａｎｏｎ ｌ ｉ ｎｅｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏｎｓｙ ｓ ｔ ｅｍｆ ｏ ｒａｇｇ ｒ ｅｇａ ｔ ｅｓ ｉ ｚ ｅ ｓａｎｄｓｈａｐｅ ｓｂａ ｓ ｅｄｏｎｄ ｉ ｉ ｔ ａ ｌｉｍａｇｅｐ ｒ ｏ  ｊ ｇ Ｊ］．Ｍｉ ｎｅ ｒ ａ ｌ ｏｇｙａｎｄＰｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏｇｙ， ２０１７， １１１（ １）： １ １０． ＤＯＩ： １０． １００７／ｓ ００７１０ ０１６ ０４５８ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ［ ? ? ? ? ｙ． ［ ４］ ＨＡＭＺＥＬＯＯ Ｅ，ＭＡＳＳ ＩＮＡＥＩＭ，ＭＥＨＲＳＨＡＤ Ｎ． Ｅｓ ｔ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏｎｏｎａｎｉ ｎｄｕｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌｃ ｏｎｖｅｙｏ ｒ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 蔡园园，等：采用数字图像处理的机制砂粒度级配检测方法 ５７３ ｂｅ ｌ ｔｕｓ ｉ ｎｇｉｍａｇｅａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓａｎｄｎｅｕ ｒ ａ ｌｎｅ ｔｗｏ ｒ ｋｓ［ Ｊ］． Ｐｏｗｄｅ ｒＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， ２０１４， ２６１： １８５ １９０． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｅ ｃ． ? ｙ ｊ． ｐｏｗｔ ２０１４． ０４． ０３８． ［ ５］ 秦海青，雷晓旭，刘文平，等 ．纳米硅粉 颗 粒 粒 径 的 测 试 方 法 研 究 ［ Ｊ］．超 硬 材 料 工 程， ２０１７， ２９（ １）： ２３?２６． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ １４３３． ２０１７． ０１． ０１２． ｉ ｓ ｓｎ． １６７３ ? ｊ． ［ ６］ 张春华，郭亨群，宋志华，等 ．纳米碳化钨粉体 的 粒 度 表 征 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１０， ３１（ ４）： ３８８ ?３９１． １０． １１８３０／ ｉ ｓ ｓｎ． １０００ ５０１３． ２０１０． ０４． ０３８８． ＤＯＩ： ? ［ ７］ ＫＵＭＡＲＡ Ｇ， ＨＡＹＡＮＯ Ｋ， ＯＧＩＷＡＲＡ Ｋ． Ｉｍａｇｅａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓｔ ｅ ｃｈｎ ｉ ｓｏｎｅ ｖａ ｌ ｕａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆ ｙ ｑｕｅ ｒ ａｖｅ ｌ［ Ｊ］． Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＧｅ ｏｍａ ｔ ｅＧｅ ｏ ｔ ｅ ｃｈｎ ｉ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓａｎｄＥｎｖ ｉ ｒ ｏｎｍｅｎ ｔ， ２０１２， ３（ １）： ２９０ ? ｇ ｑｕｅＣｏｎｓ ２９７． ＤＯＩ： １０． ２１６６０／２０１２． ５． １２６１． ［ ８］ ＫＵＭＡＲＡＪＪ， ＨＡＹＡＮＯ Ｋ， ＫＩＫＵＣＨＩＹ． Ｅｖａ ｌ ｕａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆａ ｒ ｅ ａ ａｎｄｖｏ ｌ ｕｍｅ ｓ ｅｄｇ ｒ ａｄａ ｔ ｉ ｏｎｓｏ ｆｓ ａｎｄ ｃ ｒ ｕｓｈｅｄｓ ｔ ｏｎｅ ? ?ｂａ ? Ｊ］． ＫＳＣＥＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＣ ｉ ｖ ｉ ｌＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ， ２０１７，２１（ ３）： ７７４?７８１． ＤＯＩ：１０． １００７／ｓ １２２０５?０１６? ｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅｂｙ２Ｄｉｍａｇｅ ｓ［ １７６５ ?ｘ． ［ ９］ ＳＵＬＡＩＭＡＮ Ｍ Ｓ， Ｓ ＩＮＮＡＫＡＵＤＡＮＳＫ， ＮＧＳＦ， 犲 狋犪 犾． Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆａｕ ｔ ｏｍａ ｔ ｅｄｇ ｒ ａ ｉ ｎｓ ｉ ｚ ｉ ｎｇｔ ｅ ｃｈｎ ｉ ＡＧＳ）ｆ ｏ ｒ ｑｕｅ （ ｂｅｄｌ ｏａｄｓ ａｍｐ ｌ ｅ ｓａ ｔＲａ ｓ ｉ ｌＲｉ ｖｅ ｒ：Ａｃ ａ ｓ ｅｓ ｔ ｕｄｙｆ ｏ ｒｓｕｐｐ ｌ ｉｍｉ ｔ ｅｄｃｈａｎｎｅ ｌ［ Ｊ］． Ｃａ ｔ ｅｎａ， ２０１４， １２１（ ５）： ３３０?３４３． ＤＯＩ： ｙｌ ｃ ａ ｔ ｅｎａ． ２０１４． ０５． ０１３． １０． １０１６／ ｊ． ［ １０］ ＺＨＥＮＧＪｕｎｘ ｉ ｎｇ， ＨＲＹＣＩＷＲ Ｄ． Ｓｏ ｉ ｌｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅａｎｄｓｈａｐｅｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏｎｓｂｙｓ ｔ ｅ ｒ ｅ ｏｐｈｏ ｔ ｏｇ ｒ ａｐｈｙａｎｄｉｍａｇｅａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｙ ［ Ｊ］． Ｇｅ ｏ ｔ ｅ ｃｈｎ ｉ ｃ ａ ｌＴｅ ｓ ｔ ｉ ｎｇＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌ， ２０１７， ４２（ ２）： １ １４． ＤＯＩ： １０． １５２０／ＧＴＪ ２０１６０１６５． ? ［ １１］ ＢＡＰＴＩ ＳＴＡ Ｐ， ＣＵＮＨＡ Ｔ Ｒ， ＧＡＭＡ Ｃ， 犲 狋犪 犾．Ａ ｎｅｗａｎｄｐｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌｍｅ ｔ ｈｏｄｔ ｏｏｂ ｔ ａ ｉ ｎｇ ｒ ａ ｉ ｎｓ ｉ ｚ ｅｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｍｅｎ ｔ ｓｉ ｎ Ｊ］． Ｓｅｄ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｒ ｏ ｌ ｏｇｙ， ２０１２， ２８２（ １）： ２９４?３０６． ｓ ａｎｄｙｓｈｏ ｒ ｅ ｓｂａ ｓ ｅｄｏｎｄ ｉ ｉ ｔ ａ ｌｉｍａｇｅａ ｃ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ［ ｙ Ｇｅ ｇ ｑｕ ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｓ ｅｄｇｅ ｏ． ２０１２． １０． ００５． ｊ． ［ １２］ ＢＡＧＨＥＲＩＧ Ｈ， ＢＯＮＡＤＯＮＮＡＣ，ＭＡＮＺＥＬＬＡＩ， 犲 狋犪 犾． Ｏｎｔ ｈｅｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｓ ｉ ｚ ｅａｎｄｓｈａｐｅｏ ｆｉ ｒ ｒ ｅｇｕ ｌ ａ ｒｐａ ｒ  ｅ ｃ． ２０１４． １０． ０１５． ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ［ Ｊ］． Ｐｏｗｄｅ ｒＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， ２０１５， ２７０： １４１ １５３． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ? ｊ． ｐｏｗｔ ［ １３］ ＬＩＤａｍｉ ｎｇ， ＬＩＹａｎｇｙａｎｇ，ＷＡＮＧＺｈ ｉ ｃｈａｏ， 犲 狋犪 犾． Ｑｕａｎ ｔ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｖｅ，ＳＥＭ?ｂａ ｓ ｅｄｓｈａｐｅａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓｏ ｆｓ ｅｄ ｉｍｅｎ ｔｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓｉ ｎ ｙ Ｊ］． Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＳｅｄ ｉｍｅｎ ｔＲｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈ， ２０１６， ３１（ ４）： ６７ ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｉ ｓ ｒ ｃ． ２０１６． ｔ ｈｅＹｅ ｌ ｌ ｏｗ Ｒｉ ｖｅ ｒ［ ?７６． ｊ． ｊ ０５． ００６． ［ １４］ 陈红，唐立模，陈臖，等 ．基 于 ＲＧＢ 图 像 的 泥 沙 颗 粒 粒 径 测 试 技 术 研 究 ［ Ｊ］．泥 沙 研 究， ２０１５（ １）： ２５?２９． ＤＯＩ： １０． １６２３９／ １５５ｘ． ２０１５． ０１． ００５． ｃｎｋ ｉ． ０４６８ ? ｊ． ［ １５］ 吴 金 辉 ．干 法 制 砂 工 艺 机 制 砂 含 水 量 控 制 技 术 研 究 ［ Ｊ］．铁 道 建 筑 技 术， ２０１７（ ４）： １２７ ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． ?１２９． ｊ． ４５３９． ２０１７． ０４． ０２９． １００９ ? ［ １６］ 陈 琦 ．石 粉 含 量 对 Ｃ３０ 机 制 砂 混 凝 土 性 能 的 影 响 研 究 ［ Ｊ］．福 建 建 设 科 技， ２０１８， １６２（ ５）： ４６ ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ?４８． ｊ． ｉ ｓ ｓｎ． １００６ ３９４３． ２０１８． ０５． ０１１． ? ［ １７］ 中华人民共和国交通部 ．公路工程集料试验规程：ＪＴＧ Ｅ４２－２００５［ Ｓ］．北京：人民交通出版社， ２００５． （责任编辑：陈志贤 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：崔长彩） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１９０４０２９ ? 考虑车辆稳定性的模型预测 路径跟踪方法 李军１，２，唐爽１，２，周伟１，２ （ １．重庆交通大学 机电与车辆工程学院，重庆 ４０００７４； ２．重庆交通大学 轨道交通车辆系统集成与控制重庆市重点实验室，重庆 ４０００７４） 摘要： 针对目前车辆路径跟踪控制大多集中于跟踪的精确性，却忽略车辆行驶稳定性的问题，提出一种考虑 车辆稳定性的模型预测路径跟踪方法 ．首先，以简化后的车辆动力学模型为基础，推导线性时变路径跟踪预测 模型，增添表征车辆稳定性的质心侧偏角等约束条件；然 后，对 二 次 规 划 进 行 求 解，添 加 向 量 松 弛 因 子 解 决 计 算中出现的无解问题；最后，通过 Ｃａ ｒ ｓ ｉｍ 和 Ｍａ ｔ ｌ ａｂ／Ｓ ｉｍｕ ｌ ｉ ｎｋ 联合 仿 真 对 文 中 方 法 进 行 验 证 ．仿 真 结 果 表 明： 基于文中所提方法设计的控制器能够在不同车速、不同附着系数下，保证跟踪参考路径较为精确的同时，还可 以保证车辆的稳定性 ． 关键词： 预测控制；路径跟踪；智能车辆；车辆稳定性；自动转向 中图分类号： Ｕ４６７． １ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０５７４ ０６ ? ? ? 犕狅犱 犲 犾犘狉 犲 犱 犻 犮 狋 犻 狅狀犘犪 狋 犺犜狉 犪 犮犽 犻 狀犵 犕犲 狋 犺狅犱 犆狅狀 狊 犻 犱 犲 狉 犻 狀犵犞犲犺 犻 犮 犾 犲犛 狋 犪犫 犻 犾 犻 狋 狔 ， ， ， ＬＩＪｕｎ１ ２，ＴＡＮＧＳｈｕａｎｇ１ ２，ＺＨＯＵ Ｗｅ ｉ１ ２ （ １．Ｃｏ ｌ ｌ ｅｇｅｏ ｆＭｅ ｃｈａｎ ｉ ｃ ａ ｌａｎｄＶｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑ ｉ ｎｇＪ ｉ ａｏ ｔ ｏｎｇＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ｎｇ４０００７４，Ｃｈ ｉ ｎａ； ｙ，Ｃｈｏｎｇｑ ２．Ｃｈｏｎｇｑ ｉ ｎｇＫｅｙＬａｂｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｆＲａ ｉ ｌＶｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅＳｙｓ ｔ ｅｍＩ ｎ ｔ ｅｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄＣｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ， ｙｏ Ｃｈｏｎｇｑ ｉ ｎｇＪ ｉ ａｏ ｔ ｏｎｇＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ｎｇ４０００７４，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｙ，Ｃｈｏｎｇｑ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ａｔｐ ｒ ｅ ｓ ｅｎ ｔ，ｔ ｈｅｍａ ｏ ｒ ｉ ｔ ｆｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅｐａ ｔ ｈｔ ｒ ａ ｃｋ ｉ ｎｇｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｍｅ ｔ ｈｏｄｓｆ ｏ ｃｕｓｏｎｔ ｈｅｔ ｒ ａ ｃｋ ｉ ｎｇａ ｃ ｃｕ ｒ ａ ｃｙ ｊ ｙｏ ｂｕ ｔｉ ｒ ｅｔ ｈｅｉｍｐｏ ｒ ｔ ａｎｃ ｅｏ ｆｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆｍｏｖ ｉ ｎｇｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅ．Ａｎｏｐ ｔ ｉｍｉ ｚ ｅｄｍｏｄｅ ｌｐ ｒ ｅｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏｎｐａ ｔ ｈｔ ｒ ａ ｃｋ ｉ ｎｇ ｍｅ ｔ ｈｏｄ ｇｎｏ ｙｏ ｔ ｈａ ｔｃ ｏｎｓ ｉ ｄｅ ｒ ｓｔ ｈｅｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｓｐ ｒ ｏｐｏ ｓ ｅｄ．Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｓ ｅｄｏｎｔ ｈｅｓ ｉｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｅｄｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅｄｙｎａｍｉ ｃ ｓｍｏｄｅ ｌ，ａ ｙ ｗａ ｙ，ｂａ ｌ ｉ ｎｅ ａ ｒｔ ｉｍｅ ｖａ ｒ ｉ ｎｇｐａ ｔ ｈｔ ｒ ａ ｃｋ ｉ ｎｇｐ ｒ ｅｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏｎｍｏｄｅ ｌｗａ ｓｄｅ ｒ ｉ ｖｅｄａｎｄｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ ｓｓｕｃｈａ ｓｔ ｈｅｓ ｉ ｄｅ ｓ ｌ ｉ ｌ ｅｏ ｆｔ ｈｅ ? ｙ ｐａｎｇ ｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅｗｈ ｉ ｃｈｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｉ ｎｇｔ ｈｅｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｒ ｅａｄｄｅｄ．Ｔｈｅｎｔ ｈｅｑｕａｄ ｒ ａ ｔ ｉ ｃｅ ｔ ｉ ｏｎｗｅ ｒ ｅｓ ｏ ｌ ｖｅｄ，ｔ ｈｅｖｅ ｃ  ｙｗｅ ｑｕａ ｔ ｏ ｒｒ ｅ ｌ ａｘａ ｔ ｉ ｏｎｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒｗｅ ｒ ｅａｄｄｅｄｔ ｏｓ ｏ ｌ ｖｅｔ ｈｅｎｏｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｐ ｒ ｏｂ ｌ ｅｍ．Ｆ ｉ ｎａ ｌ ｌ ｈｅｍｅ ｔ ｈｏｄｗａ ｓｖｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｅｄｂｙｔ ｈｅｃ ｏ ? ｙ，ｔ ｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆＣａ ｒ ｓ ｉｍａｎｄ Ｍａ ｔ ｌ ａｂ／Ｓ ｉｍｕ ｌ ｉ ｎｋ．Ｔｈｅｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｔ ｈａ ｔｔ ｈｅｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒｄｅ ｓ ｉ ｓ ｅｄｏｎ ｇｎｅｄｂａ ｔ ｈｅｐ ｒ ｏｐｏ ｓ ｅｄｍｅ ｔ ｈｏｄｃ ａｎｍｏ ｒ ｅａ ｃ ｃｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｌ ｒ ａ ｃｋｔ ｈｅｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅｐａ ｔ ｈａｎｄｅｎｓｕ ｒ ｅｔ ｈｅｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆｔ ｈｅｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅａ ｔｄ ｉ ｆ  ｙｔ ｙｏ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｓｐｅ ｅｄａｎｄｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔａｄｈｅ ｓ ｉ ｏｎｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔ ｓ． ｒ ｅｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖｅｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ；ｐａ ｔ ｈｔ ｒ ａ ｃｋ ｉ ｎｇ；ｉ 犓犲 狉 犱 狊： ｐ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅ；ｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｔ ｏｍａ ｔ ｉ ｃｓ ｔ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ ｇｅｎ ｙ；ａｕ 狔狑狅 收稿日期： ２０１９ ０４ １７ ? ? 通信作者： 李军（ １９６４ Ｅ?ｍａ ｉ ｌ： ?），男，教授，博 士，主 要 从 事 发 动 机 排 放 与 控 制、新 能 源 汽 车 和 智 能 车 辆 控 制 的 研 究 ． ｃ ｌ ｅ ｅ ｕｎ＠１６３． ｃ ｏｍ． ｑ ｊ 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ ５１３０５４７２）；重 庆 市 轨 道 交 通 车 辆 系 统 集 成 与 控 制 重 庆 市 重 点 实 验 室 项 目 （ ＣＳＴＣ２０１５ＹＦＰＴ?ＺＤＳＹＳ３０００１） 第５期 李军，等：考虑车辆稳定性的模型预测路径跟踪方法 ５７５ 路径跟踪是实现自动驾驶的一项关键技术，它通过控制器控制车辆沿着预定的路径行驶，使跟踪达 到相应的精确度 ［１?２］．目前，国内外关于路径跟踪的研究可 分为无 车辆 模型和有 车辆模 型 ［３?１３］两种 ．谭宝 成等 ［３］提出将改进增量式 ＰＩＤ 控制算法 运 用 到 路 径 跟 踪 上，使 车 辆 可 以 较 精 准 地 在 参 考 路 径 上 行 驶 ． 周东癉等 ［４］在二自由度车辆动力学模型的基础上，采 用线性二 次型 最优状态 控制（ ＬＱＲ）对车 辆 实 行 路 径跟踪控制 ．尹晓丽等 ［５］就复杂路况下的车辆路径跟 踪问题，搭 建 有 横 向 干 扰 车 辆 运 动 学 模 型，设 计 切 换控制算法以实现对车辆路径跟踪控制 ．赵治国等 ［６］基于道路模型，建立粒子群多目标优化算法的路径 跟踪控制器，提高了车辆路径跟踪的精度 ．侯忠生等 ［７］根据 坐 标 补 偿 的 无 模 型 自 适 应 控 制 方 法，使 小 车 能够精确地跟踪路径，但该方法只能运用在较低速泊车 ．段建民等 ［８］采用一种 Ｐｕ ｒ ｅＰｕｒ ｓｕ ｉ ｔ车辆 的路径 跟踪控制系统，提升了路径跟踪的精确性，但在较高速度下进行路径跟踪时，其鲁棒性差 ．模型预测控制 算法也逐渐应用于智能车辆控制领域 ［９?１５］．车辆系统 具有 复 杂 的 非 线 性，且 行 驶 时 存 在 外 界 干 扰 ［１６］，在 湿滑弯道转向时，不仅要保证车辆路径跟踪的精度，还需保证车辆行驶的稳定性，然而，现有研究大多只 关注路径跟踪的精度 ．因此，对路径跟踪的精度和车辆的 稳 定性两 方面 进 行 综 合 研 究 显 得 尤 为 重 要 ．本 文在现有模型预测控制算法的基础上，引入车辆横向动力学约束和向量松弛因子，以实现智能车辆对期 望路径更高的跟踪精度，同时保证车辆的稳定性 ． １ 车辆动力学模型 由于车辆模型的高复杂度会增加计算时间，为了让车辆能精确跟踪目标路径又不失稳，在建立模型 前，作以下 ３ 点假设以简化模型，提高计算效率 ． １）不考虑车辆 狕 轴向的运动，且行 驶路面是 平坦 的； ２） 前、后轴的轮胎各取一个（左、右轮相同）化为单 轨 模 型，且 认 为 轮 胎 侧 偏 角 处 于 线 性 区； ３）不 考 虑 悬 架 运动、空气动力学因素 ． 在以上假设的基础上，建立包含 横摆、侧 向、纵 向 运 动在内的三自由度车辆模型，如图 １ 所 示 ．图 １ 中： 犉ｃ，ｆ， 犉ｃ，ｒ为前、后轮 侧 向 力； 犉ｌ，ｆ， 犉ｌ，ｒ 为 前、后 轮 纵 向 力； 犉狓，ｆ， 犉狓，ｒ为前、后 轮 在 狓 轴 所 受 力； 犉狔，ｆ， 犉狔，ｒ 为 前、后 轮 在 狔  为 横 摆 角 速 度； 轴所受力； 犪， 犫分别为 δｆ 为前 轮 转 角； φ 前、后 轴 到 质 心 的 距 离； 狓，   分 别 为 车 辆 纵 向、侧 向 速 狔 度 ．该模型可表示为 ）＝ ２犉ｌ，ｆｃｏｓδｆ －２犉ｃ，ｆｓ 犿（ 狓̈ －狔  ｉ ｎδｆ ＋２犉ｌ，ｒ， φ 烌 图 １ 三自由度车辆模型  犿（ 狓̈ ＋ 狓φ）＝ ２犉ｌ，ｆｓ ｉ ｎδｆ ＋２犉ｃ，ｆｃｏｓδｆ ＋２犉ｃ，ｒ， １） 烍（ Ｆ ｉ １ Ｔｈｒ ｅ ｅ ｄｅｇ ｒ ｅ ｅ ｆ ｒ ｅ ｅｄｏｍｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅｍｏｄｅ ｌ ? ? ｇ． 犐狕¨ 犉ｌ，ｆｓ ｉ ｎδｆ ＋犉ｃ，ｆｃｏ ｓδｆ）－２ 犫犉ｃ，ｒ． 烎 φ ＝ ２犪（ 式（ １）中：̈ 狓，̈ 犉ｌ，ｆ＝犆ｌ，ｆ犛ｆ， 犉ｌ，ｒ＝犆ｌ，ｒ犛ｒ，其 中， 犆ｌ，ｆ， 犆ｌ，ｒ为前、后 轮的 纵向刚 狔 分别为车辆纵向、侧向加速度； 度， 犛ｆ， 犛ｒ 为前、后轮滑移率； 犐狕 为绕狕 轴的转动惯量；根据简化假设， 犉ｃ，ｆ， 犉ｃ，ｒ可表示为    ＋犪  狔 φ ， 犉ｃ，ｒ ＝ 犆ｃ，ｒ 犫 φ －狔 （ 犉ｃ，ｆ ＝ 犆ｃ，ｆ δｆ － ． ２） 狓  狓  式（ ２）中： 犆ｃ，ｆ， 犆ｃ，ｒ分别为前、后轮的侧偏刚度 ． （ ） （ ） 为了准确描述车辆的运动状态，将车身坐标系与大地坐标系联系起来，即有  犢 ＝ 狓ｓ ｉ ｎφ ＋ 犡 ＝ 狓ｃｏｓφ －狔 ｓ ｉ ｎφ． 狔ｃｏｓφ，    式（ 犡， 犢 分别为大地坐标系下的纵向、侧向速度 ． ３）中： φ 为横摆角； 一般情况而言，车辆的δｆ 较小，合并式（ １）和式（ ３）后，可表示为   ＋犪 φ δｆ ＋犆ｌ，ｆ犛ｆ ， 烌  ＋ ２ 犆ｌ，ｆ犛ｆ －犆ｃ，ｆ δｆ －狔 狓̈ ＝ 狔  φ 犿 狓     ＋犪 狔 －犫 φ －犆ｃ，ｒ φ ，  ＋ ２ 犆ｌ，ｆ犛ｆδｆ －犆ｃ，ｆ δｆ －狔  狔̈ ＝－狔 φ 犿 狓  狓  烍    ＋犪 犫 狔  犫 φ ＋２ ¨ ＝ ２犪 犆ｌ，ｆ犛ｆδｆ ＋犆ｃ，ｆ δｆ －狔 犆ｃ，ｒ － φ ， φ 犐狕 狓  犐狕 狓   烎 犢 ＝ 狓ｓ ｉ ｎφ ＋狔 ｃｏｓφ，  犡 ＝ 狓ｃｏｓφ － ｉ ｎφ． 狔ｓ （ （ ［ ［ ［ （ ） ） ）］ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． （ ３） ］ ］ （ ４） 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５７６ ２０１９ 年 ２ 模型预测控制器 ２． １ 线性化模型及预测方程 非线性模型因复杂程度高、计算时间长等缺点，不仅会 使路 径 跟 踪 精 度 下 降，严 重 时 还 会 失 去 跟 踪 能力 ．因此，将式（ ４）线性化，并写出线性时变状态方程，即  （ 狋） 狋）＋犅ｄｙｎ（ 狋） 狌ｄｙｎ（ 狋）， η（ 狋）＝ 犆 狋）． ５） ξｄｙｎ ＝ 犃ｄｙｎ（ ξｄｙｎ（ ξｄｙｎ（ Ｔ  ， 式（ 为系统状态量； ５）中： ， 狓，  犡） 狌ｄｙｎ＝ ［ 犃ｄｙｎ（ 狋）， 犅ｄｙｎ（ 狋）分别为状态 方程对 δｆ］为控制量； 狔 ξｄｙｎ＝ （ φ， φ 犢， 狌ｄｙｎ的雅克比矩阵； 犆＝ ［ ０ ０ １ ０ １ ０］； 狋）＝ ［ 犢， ξｄｙｎ， η（ φ］为系统输出量 ． 将式（ ５）离散化为 犽＋１）＝ 犃犽，狋ξ（ 犽）＋犅犽，狋狌（ 犽）， ξ（ 将式（ ６）引入增量模型后，表示为 犽）＝ 犆 犽）． 狔（ ξ（ （ ６） 犽＋１）＝ 犃犽，狋Δξ（ 犽）＋犅犽，狋Δ狌（ 犽）， 狔（ 犽）＝ 犆Δξ（ 犽）． Δξ（ 式（ ７）中： 犃犽，狋＝犐＋犜犃ｄｙｎ（ 狋）， 犜 为采样周期， 犐 为单位矩阵； 犅犽，狋＝犜犅ｄｙｎ（ 狋）． （ ７） 建立预测方程是为了得到未来一段时间内的系统输出，预测方程可以 通过当 前时 刻 ξ（ 犽）和 控制时 域里的 Δ犝（ 犽）来得到未来的输出 ．因此，设定方程为 狓（ 犽狘狋）＝ ［ 犽狘狋） 狌（ 犽－１狘狋）］Ｔ ． ξ（ （ ８） 于是，新的状态方程表示为 珟（ 珟（ 珟（ 狓（ 犽＋１狘狋）＝ 犃 犽） 犽狘狋）＋犅 犽） 犽狘狋）， 狔（ 犽狘狋）＝ 犆 犽） 狓（ 犽狘狋）． Δ狌（ ξ（ 犃（ 犽） 犅（ 犽） 犅（ 犽） Ｔ 珟（ 珟（ 珟＝ ［ 式（ ； ； ９）中： 犃 犽）＝ 犅 犽）＝ 犆 ０ ０ １ ０ １ ０ ０］ ． ０ 犐 犐 定义 犽 时刻未来输出和犽 时刻系统控制增量为 ［ ］ （ ９） ［ ］ 犽＋１狘犽）， 犽＋２狘犽），…， 犽＋ 犖ｐ狘犽）］Ｔ ， 犢（ 犽＋１狘犽）＝ ［ 狔（ 狔（ 狔（ （ １０） 犽狘犽）， 犽＋１狘犽），…， 犽＋ 犖ｃ狘犽）］Ｔ ． 犽）＝ ［ Δ狌（ Δ狌（ Δ狌（ Δ犝（ （ １１） 式（ １０），（ １１）中： 犖ｐ 为预测时域； 犖ｃ 为控制时域 ． 至此，系统未来预测方程用矩阵形式表示为 犢（ 犽＋１狘犽）＝ ψ犽ξ（ 犽）＋ΘΔ犝（ 犽）． 熿 珟（ 犆犅 犽） 珟（ 珟（ 犆犃 犽） 犅 犽） ０ 珟（ 犆犅 犽）   … ０ … ０  犖ｃ－１珟 犖ｃ－２珟 珟（ 珟（ 式（ 犽） 犅（ 犽） 犆犃 犽） 犅（ 犽） … １２）中： Θ＝ 犆犃 犖 犖 －１ 珟（ 珟（ 珟（ 珟（ 犆犃 犽）ｃ犅 犽） 犆犃 犽）ｃ 犅 犽） …   珟（ 犆犃 犽） 珟（ 珟（ 犆犃 犽） 犅 犽） （ １２） 燄 珟（ 犽）燄 熿 犆犃 ２ 珟（ 犆犃 犽） ； ψ犽 ＝  犖ｐ－１珟 犖ｐ－２珟 犖ｐ－犖ｃ－１珟 珟（ 珟（ 珟（ 燀犆犃 燅 犽） 犅（ 犽） 犆犃 犽） 犅（ 犽） … 犆犃 犽） 犅（ 犽）  犖ｃ 珟（ 犆犃 犽）  ． 犖ｐ 珟（ 燀犆犃 燅 犽） ２． ２ 动力学约束条件 为了使车辆能够精确且稳定地跟踪参考路径，应考虑车辆动力学的约束 ．因此，作以下 ３ 个约束 ． １）轮胎侧偏角约束：当α≤５ °，侧偏力可用式（ ２）表 示，为 了 使 车 辆 有 良 好 的 稳 定 性，根 据 节 １ 提 出 的假设，修改约束条件为 －２ °≤α≤２ °． ２）质心侧偏角约束：－１０ °≤β≤１０ °（良好路面）；－２ °≤β≤２ °（冰雪路面）． ３）附着条件约束： 犪狔 ≤μ犵，其中， 犪狔 为侧向加速度； 犵 为重力加速度 ． μ 为附着系数； 在求解过程可能会出现无可行解的问题，因此，将路面附着条件约束表示为 犪狔，ｍｉｎ －ε ≤ 犪狔 ≤ 犪狔，ｍａｘ ＋ε． （ １３） ２． ３ 优化求解 为了得到控制增量从而求解状态方程，首先，要建立相应的目标函数，并对其进行求解，求得控制时 域内的控制增量序列；然后，还要对每个采样周期内的控制增量进行限制 ．根据文献［ １０］选取目标函数 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 李军，等：考虑车辆稳定性的模型预测路径跟踪方法 犖ｐ ５７７ 犖ｃ－１ ２ 犑（ 狋）， 狌（ 狋－１）， 狋））＝ ∑ ‖Δ狔（ 狋＋犻狘狋）‖ ＋ ∑ ‖Δ狌（ 狋＋犻狘狋）‖２ ε． Δ犝（ 犚 ＋ρ ξ（ ２ 犙 犻＝１ （ １４） 犻＝１ 式（ １４）中： 狋＋犻｜ 狋）为实际输出和参考路径的差值， 狋＋犻｜ 狋）＝狔（ 狋＋犻｜ 狋）－狔ｒ（ 狋＋犻｜ 狋）； 狋＋犻｜ 狋）为 Δ狔（ Δ狔（ Δ狌（ 控制增量； 犚 为权重矩阵； 犙， ρ 为ε 的权重系数 ． 式（ １４）可以转换为标准二次型求解，即 ｍｉ ｎ犑（ 狋）， 狌（ 狋－１）， 狋））， 烌 Δ犝（ ξ（ ｓ． ｔ．Δ犝ｍｉｎ ≤ Δ犝狋 ≤ Δ犝ｍａｘ， 犝ｍｉｎ ≤ 犃Δ犝狋 ＋犝狋 ≤ 犝ｍａｘ，烍 狔ｈ，ｍｉｎ ≤ 狔ｈ ≤ 狔ｈ，ｍａｘ， （ １５） 烎 狔ｓ，ｍｉｎ －ε≤ 狔ｓ ≤ 狔ｓ，ｍａｘ ＋ε． ２． ４ 反馈校正 系统会在每个周期内对式（ １５）进行求解，完成求解任务后，可得到控制增量序列，即 Ｔ Δ犝狋 ＝ ［ Δ狌狋 ， Δ狌狋＋１ ，…， Δ狌狋＋犖ｃ－１  ］ ． 提取序列中的首个元素作为系统的控制增量，由此可得控制量为 （ １６） 狌（ 狋）＝ 狌（ 狋－１）＋Δ狌狋 ． 随着时域向前滚动，系统会重复上述过程，直到实现车辆对参考路径跟踪的目的 ． （ １７） ３ 仿真分析 ３． １ 联合仿真平台的构建 仿真平台由 Ｃａ ｒ ｓ ｉｍ 软件中的动力学模块和 Ｍａ ｔ ｌ ａｂ 中编成的控制器构成，如图 ２ 所示 ．通过联合仿 真平台，并以双移线作为测试路径进行仿真，双移线曲线，如图 ３ 所示 ．图 ３ 中： 犡， 犢 分别为 大地 坐标系 下的纵向位移，侧向位移 ． 图 ２ 联合仿真平台 图 ３ 双移线曲线 Ｆ ｉ ２ Ｃｏ ｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒｍ ? ｇ． Ｆ ｉ ３ Ｄｏｕｂ ｌ ｅｓｈ ｉ ｆ ｔｃｕ ｒ ｖｅ ｇ． ３． ２ 仿真方法及结果分析 ３． ２． １ 控制算法对路 面 附 着 条 件 的 鲁 棒 性 选用仿真车 速为 ７２ｋｍ·ｈ－１ 时 进 行 控 制 器 对 不 同 附 着 系 数 （ μ）道 路 （干燥路面、湿滑路面）的鲁棒性研究，结果如图 ４ 所示 ． 由图 ４（ ａ）可知：此控制 器 在 干 燥 路 面 可 以 较 高 精 度 地 跟踪参考轨迹，在湿滑 路 面 开 始 阶 段 也 能 较 好 地 进 行 路 径 跟踪，然而，在第一个 弯 道 后 出 现 偏 移，这 是 因 为 车 速 较 高 且道路附着系数低，导致车辆出现了侧滑，但最终 能收敛 到 参考路径，保持不错的路径跟踪能力 ．由图 ４（ ｂ）可 知：在 湿 滑路面条件下，横摆角 在 ５０ ｍ 处 出 现 一 次 波 动，这 是 因 为 车辆侧向位移变化 较 慢，所 以 横 摆 角 变 小；然 后，在 ±０． ５ ° 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． （ ａ）行驶轨迹 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５７８ （ ｂ）横摆角 ２０１９ 年 （ ｃ）质心侧偏角 图 ４ 不同附着系数下双移线工况仿真结果 Ｆ ｉ ４ Ｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｏ ｆｄｏｕｂ ｌ ｅ ｓｈ ｉ ｆ ｔｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎｓｕｎｄｅ ｒｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔａｄｈｅ ｓ ｉ ｏｎｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔ ｓ ? ｇ． 的小范围内短时间波动之后，曲线收敛到了 ０ °，即 汽 车 保 持 在 参 考 轨 迹 上 行 驶 ．由 图 ４（ ｃ）可 知：在 两 种 路面上，质心侧偏角都在 ±２ °范围内变化，表明在路径跟踪时，车辆稳定性较好 ． 综合以上仿真结果可知，控制器能在不同附着系数路面上保证良好的路径跟踪性能，且保持良好的 稳定性 ． ３． ２． ２ 控制算法对速度的鲁棒性 为了验证所提出的路径跟踪控制器在不同车速下行驶的鲁棒性，选 取路面附着系数与正常路面附着系数相似的路面，即附 着系数 为 ０． ８，车辆 行 驶 速 度（ 狏）分 别 为 ３６， ５４， ７２ｋｍ·ｈ－１ ，并选取双移线作为行驶 道 路 ．观 察 车 辆 的 跟 踪 性 能，不 同 速 度 下 双 移 线 工 况 的 仿 真 结 果， 如图 ５ 所示 ． 由图 ５（ ａ）可知：车辆在 ３ 种 不 同 行 驶 速 度 下 都 具 有 良 好的轨迹跟踪性能（只是在弯道处存在横向误差，且保持 在 １０ｃｍ 左右），体现 出 控 制 器 对 速 度 具 有 较 好 的 鲁 棒 性 ．由 图 ５（ ｂ）可知：虽 然 速 度 的 提 高 使 侧 向 加 速 度 增 加，但 一 直 处于约束条件范围内，表明了车辆的横向稳定性较好 ．由 图 ５（ ｃ）可知：提高了车速，转角会提前，且 车速越高，最大转 角 也越大 ． 由图 ５（ ｂ），（ ｃ）还 可 知：前 轮 转 角、侧 向 加 速 度 只 是 在 速度为 ７２ｋｍ·ｈ－１ 时会出现小范围的抖动，而且 抖动 频度 （ ｂ）侧向加速度 （ ａ）行驶轨迹 （ ｃ）前轮转角 图 ５ 不同速度下双移线工况仿真结果 Ｆ ｉ ５ Ｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｏ ｆｄｏｕｂ ｌ ｅｓｈ ｉ ｆ ｔａ ｔｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｓｐｅ ｅｄｓ ｇ． 不大，所以，车辆不会高频率地左右摆动从而降低其稳定 性与舒 适性，说 明 该 控 制 器 可 以 适 应 不 同 行 驶 速度，即在不同速度下，车辆可以准确、稳定地沿着参考轨迹行驶 ． ４ 结论 建立三自由度车辆模 型，基 于 模 型 预 测 算 法，设 计 考 虑 动 力 学 约 束 的 车 辆 路 径 跟 踪 控 制 器，并 用 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 李军，等：考虑车辆稳定性的模型预测路径跟踪方法 ５７９ Ｃａ ｒ ｓ ｉｍ 和 Ｍａ ｔ ｌ ａｂ／Ｓ ｉｍｕ ｌ ｉ ｎｋ 软件完成联合仿真 ． 首先，选择车速为 ７２ｋｍ·ｈ－１ 时，对控制器在不同附着系数的鲁棒性进行验证． 仿真结果 表明：在 附着系数为 ０． ８ 的路面上行驶时，最大侧 向 误 差 小 于 １０ｃｍ，且 出 现 在 曲 率 最 大 转 弯 处；在 附 着 系 数 为 ０． ４ 的路面上行驶时，虽然车辆会有一 定 跑 偏，但 最 后 也 快 速 收 敛 到 参 考 轨 迹，且 质 心 侧 偏 角 始 终 在 约 束范围内 ． 其次，选取 ３ 种速度（ ３６， ５４， ７２ｋｍ·ｈ－１ ）测 试 控 制 器 对 不 同 行 驶 速 度 的 鲁 棒 性． 结 果 表 明：行 驶 路径侧向误差均在 １０ｃｍ 左右，速度越高，误差越大，且都 是在转 弯 处出 现 误差，经 过 最 后 一 个 弯 道 后， 车辆的行驶轨迹均重合于参考轨迹，侧向加速度均在约束范围内，且前轮的转角变较平缓，所以，行驶也 稳定 ．因此，文中设计的路径跟踪控制器可以使车辆在不 同车速、不 同附 着 系 数 行 驶 时 具 备 良 好 的 鲁 棒 性和稳定性 ． 参考文献： ［ １］ ＹＡＫＵＢＦ，ＭＯＲＩＹ． Ｃｏｍｐａ ｒ ａ ｔ ｉ ｖｅｓ ｔ ｕｄｙｏ ｆａｕ ｔ ｏｎｏｍｏｕｓｐａ ｔ ｈ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏｗｉ ｎｇｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｖ ｉ ａｍｏｄｅ ｌｐ ｒ ｅｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖｅｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ? ａｎｄｌ ｉ ｎｅ ａ ｒｑｕａｄ ｒ ａ ｔ ｉ ｃｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ［ Ｊ］． Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｅｄ ｉ ｎｇｓｏ ｆｔ ｈｅＩ ｎｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆＭｅ ｃｈａｎ ｉ ｃ ａ ｌＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｓＰａ ｒ ｔＤＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＡｕ ｔ ｏｍｏｂ ｉ ｌ ｅ Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ， ２０１５， ２２９（ １２）： １６９５ １７１４． ＤＯＩ： １０． １１７７／０９５４４０７０１４５６６０３１． ? ［ ２］ 郭景华，李克强，罗 禹 贡 ．智 能 车 辆 运 动 控 制 研 究 综 述 ［ Ｊ］．汽 车 安 全 与 节 能 学 报， ２０１６， ７（ ２）： １５１?１５９． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １６７４ ８４８４． ２０１６． ０２． ００３． ? ｊ． ［ ３］ 谭宝成，王宾 ．无人驾驶 车 辆 路 径 跟 踪 的 增 量 式 ＰＩＤ 控 制 ［ Ｊ］．西 安 工 业 大 学 学 报， ２０１６（ １２）： ９９６?１００１． ＤＯＩ： １０． １６１８５／ ｘａ ｔ ｕ． ｅｄｕ． ｃｎ． ２０１６． １２． ００９． ｊ． ｊ ［ ４］ 周东癉，李伟，刘 玉 龙，等 ．基 于 滚 动 时 域 的 线 性 二 次 型 路 径 跟 踪 研 究 ［ Ｊ］．汽 车 技 术， ２０１７（ １０）： ５４?５７． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １０００ ３７０３． ２０１７． １０． ０１１． ? ｊ． ［ ５］ 尹晓丽，李雷 ．无人驾驶车辆在复杂路况下的路径跟踪控制［ Ｊ］．中北大学学报（自然科学版）， ２０１３， ３４（ ５）： ５９３ ５９６． ? １０． ３９６９／ ３１９３． ２０１３． ０５． ０３０． ＤＯＩ： ｉ ｓ ｓｎ． １６７３ ? ｊ． ［ ６］ 赵治国，周良杰，朱强 ．无人驾驶车辆路径跟踪控制预瞄距离自适应优化［ Ｊ］．机械工程学报， ２０１８， ５４（ ２４）： １６６ １７３． ? ＤＯＩ： １０． ３９０１／ＪＭＥ． ２０１８． ２４． １６６． ［ ７］ 侯忠生，董航瑞，金尚泰 ．基于坐标补偿的自动泊车系统无模型自 适 应 控 制 ［ Ｊ］．自 动 化 学 报， ２０１５， ４１（ ４）： ８２３ ８３１． ? ａ ａ ｓ． ２０１５． ｃ １４００２６． １０． １６３８３／ ＤＯＩ： ｊ． ［ ８］ 段建民，杨晨，石慧 ．基于 Ｐｕ ｒ ｅＰｕ ｒ ｓｕ ｉ ｔ算 法 的 智 能 车 路 径 跟 踪 ［ Ｊ］．北 京 工 业 大 学 学 报， ２０１６， ４２（ ９）： １３０１?１３０６． １０． １１９３６／ｂ ｕ ｔ ｘｂ２０１５０６００６５． ＤＯＩ： ｊ ［ ９］ ＳＯＮＧＰａｎ， ＧＡＯＢｏ ｌ ｉ ｎ， ＸＩＥＳｈｕｇａｎｇ， 犲 狋犪 犾． Ｏｐ ｔ ｉｍａ ｌｐ ｒ ｅｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖｅｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｆ ｏ ｒｐａ ｔ ｈｆ ｏ ｌ ｌ ｏｗｉ ｎｇｏ ｆａｆ ｕ ｌ ｌｄ ｒ ｉ ｖｅ ｒ ｅｖｅ  ?ｂｙ ?ｗｉ Ｊ］． Ｃｈ ｉ ｎｅ ｓ ｅＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＭｅ ｃｈａｎ ｉ ｃ ａ ｌＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ， ２０１７， ３０（ ３）： ７１１ ７２１． ＤＯＩ： １０． １００７／ｓ １００３３ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅａ ｔｖａ ｒ ｉ ｎｇｓｐｅ ｅｄｓ［ ? ? ｙ ０１７ ０１０３ ７． ? ? ［ １０］ 王艺，蔡英凤，陈龙，等 ．基于模型预测控制的智能车辆路径跟踪控制器设计［ Ｊ］．汽 车 技 术， ２０１７（ １０）： ４４ ４８． ＤＯＩ： ? １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １０００ ３７０３． ２０１７． １０． ００９． ? ｊ． ［ １１］ 段建民，田晓生，夏天，等 ．基于模型预测控制的智能汽车目标路径跟踪方法研究［ Ｊ］．汽车技术， ２０１７（ ８）： ６ １１． ? ［ １２］ 任癑，郑玲，张巍，等 ．基于模型预测控制的智能车辆主动避撞控制研究［ Ｊ］．汽 车 工 程， ２０１９， ４１（ ４）： ４０４ ４１０． ＤＯＩ： ? ｃｈ ｉ ｎａ ｓ ａ ｅ． ｃｇｃ． ２０１９． ０４． ００７． １０． １９５６２／ ｊ． ｑ ［ １３］ 李升波，王建强，李克强 ．软约束线性模型预测控 制 系 统 的 稳 定 性 方 法 ［ Ｊ］．清 华 大 学 学 报 （自 然 科 学 版）， ２０１０， ５０ （ １１）： １８４８ １８５２． ? ［ １４］ Ｊ ＩＪ，ＫＨＡＪＥＰＯＵＲ Ａ，ＭＥＬＥＫ Ｗ Ｗ， 犲 狋犪 犾． Ｐａ ｔ ｈｐ ｌ ａｎｎ ｉ ｎｇａｎｄｔ ｒ ａ ｃｋ ｉ ｎｇｆ ｏ ｒｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｓ ｉ ｏｎａｖｏ ｉ ｄａｎｃ ｅｂａ ｓ ｅｄｏｎ ｍｏｄｅ ｌｐ ｒ ｅｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｖｅｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｗｉ ｔ ｈｍｕ ｌ ｔ ｉ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ ｓ［ Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒ ａｎｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｓｏｎＶｅｈ ｉ ｃｕ ｌ ａ ｒＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， ２０１７， ６６（ ２）： ９５２ ? ９６４． ＤＯＩ： １０． １１０９／ ｔ ｖ ｔ． ２０１６． ２５５５８５３． ［ １５］ 席裕庚，李德 伟，林 姝 ．模 型 预 测 控 制：现 状 与 挑 战 ［ Ｊ］．自 动 化 学 报， ２０１３， ３９（ ３）： ２２２?２３６． ＤＯＩ： １０． ３７２４／ＳＰ． Ｊ． １００４． ２０１３． ００２２２． ［ １６］ 汪伟，赵又群，许健雄，等 ．基于模糊控制的 汽 车 路 径 跟 踪 研 究 ［ Ｊ］．中 国 机 械 工 程， ２０１４， ２５（ １８）： ２５３２ ２５３８． ＤＯＩ： ? １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １００４ １３２Ｘ． ２０１４． １８． ０２３． ? ｊ． （责任编辑：黄晓楠 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：崔长彩） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１９０２００６ ? 考虑人体动力学模型的座椅自适应控制 李伟，姜菁珍，陆伟 （重庆交通大学 机电与车辆工程学院，重庆 ４０００７４） 摘要： 为了研究车身振动对人体产生的影响，根据人?车?路系统之间的相互作用关系，建立二分之一人体?车 辆?路面九自由度动力学模型 ．将一种多通道 ＦｘＬＭＳ 自 适 应 控 制 算 法 ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 应 用 于 座 椅 振 动 主 动 控 制中，在 Ｍａ ｔ ｌ ａｂ／Ｓ ｉｍｕ ｌ ｉ ｎｋ 中，建立人?车?路振动主动控制 模 型，并 分 别 对 被 动 控 制、传 统 ＦｘＬＭＳ 算 法 和 ＰＭ? ＭＦｘＬＭＳ 算法的控制效果进行仿真对比 ．结果表明：低频 振 动（ ０～２０ Ｈｚ）会 导 致 人 体 产 生 共 振，采 用 振 动 主 动控制可以降低共振峰值，改善乘坐舒适性；与传统 ＦｘＬＭＳ 算法相比， ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法具有较 好 的 收 敛 性 和稳定性 ． 关键词： 座椅；振动主动控制；人体?车辆?路面模型；ＦｘＬＭＳ 算法；ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法 中图分类号： ＴＰ２７３ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０５８０ ０７ ? ? ? 犛 犲 犪 狋犃犱犪狆 狋 犻 狏 犲犆狅狀 狋 狉 狅 犾犆狅狀 狊 犻 犱 犲 狉 犻 狀犵犇狔狀犪犿犻 犮 狊 犕狅犱 犲 犾狅 犳犎狌犿犪狀犅狅犱狔 ＬＩＷｅ ｉ，Ｊ ＩＡＮＧＪ ｉ ｎｇｚｈｅｎ，ＬＵ Ｗｅ ｉ （ Ｓｃｈｏｏ ｌｏ ｆＭｅ ｃｈａｎ ｉ ｃ ａ ｌａｎｄＶｅｈ ｉ ｃｕ ｌ ａ ｒＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑ ｉ ｎｇＪ ｉ ａｏ ｔ ｏｎｇＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ｎｇ４０００７４，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｙ，Ｃｈｏｎｇｑ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｉ ｎｏ ｒ ｄｅ ｒｔ ｏｓ ｔ ｕｄｙｔ ｈｅｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｏ ｆｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｏｎｔ ｈｅｈｕｍａｎｂｏｄｙ，ｈａ ｌ ｆｎ ｉ ｎｅ ｒ ｅ ｅ ｆ ｒ ｅ ｅｄｏｍ ?ｄｅｇ ? ｉ ｃ ｌ ｅ ｒ ｏａｄ ｗａ ｓｅ ｓ ｔ ａｂ ｌ ｉ ｓｈｅｄｂａ ｓ ｅｄｏｎｔ ｈｅｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎａｍｏｎｇｅ ｌ ｅｍｅｎ ｔ ｓｉ ｎｔ ｈｅ ｄｙｎａｍｉ ｃｍｏｄｅ ｌｉ ｎｖｏ ｌ ｖ ｉ ｎｇｈｕｍａｎ ?ｖｅｈ ? ｈｕｍａｎ ｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｒ ｏａｄｓｙ ｓ ｔ ｅｍ．Ａ ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｃｈａｎｎｅ ｌＦｘＬＭＳａｄａｐ ｔ ｉ ｖｅｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍ ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ ｗａ ｓｐ ｒ ｏｐｏ ｓ ｅｄ ? ? ? ｇｏ ｔ ｏｔ ｈｅａ ｃ ｔ ｉ ｖｅｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｏ ｆｓ ｅ ａ ｔｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ．Ｔｈｅａ ｃ ｔ ｉ ｖｅｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｍｏｄｅ ｌｏ ｆｈｕｍａｎ ｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｒ ｏａｄｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｗａ ｓｅ ｓ ｔ ａｂ ｌ ｉ ｓｈｅｄ ? ? ｉ ｎ Ｍａ ｔ ｌ ａｂ／Ｓ ｉｍｕ ｌ ｉ ｎｋ．Ｔｈｅｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓｏ ｆｐａ ｓ ｓ ｉ ｖｅｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ，ｔ ｒ ａｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＦｘＬＭＳａｎｄＰＭ?ＭＦｘＬＭＳｗｅ ｒ ｅｓ ｉｍｕ ｌ ａ  ｔ ｅｄｒ ｅ ｓｐｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅ ｌ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｔ ｈａ ｔｌ ｏｗｆ ｒ ｅ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ （ ０ ２０ Ｈｚ）ｗｉ ｌ ｌｃ ａｕｓ ｅｔ ｈｅｈｕｍａｎｂｏｄｙｔ ｏｒ ｅ ｓ ｏ  ? ｙ．Ｔｈｅｒ ｑｕｅｎｃｙｖ ｎａ ｔ ｅ．Ｔｈｅａ ｃ ｔ ｉ ｖｅｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｃ ａｎｒ ｅｄｕｃ ｅｔ ｈｅｒ ｅ ｓ ｏｎａｎｃ ｅｐｅ ａｋｖａ ｌ ｕｅａｎｄｉｍｐ ｒ ｏｖｅｔ ｈｅｒ ｉ ｄｅｃ ｏｍｆ ｏ ｒ ｔ．Ｃｏｍｐａ ｒ ｅｄ ｗｉ ｔ ｈｔ ｈｅｔ ｒ ａｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＦｘＬＭＳ，ｔ ｈｅＰＭ?ＭＦｘＬＭＳａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍｈａ ｓｂｅ ｔ ｔ ｅ ｒｃ ｏｎｖｅ ｒ ｅａｎｄｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｇｏ ｇｅｎｃ ｙ． 犓犲 狉 犱 狊： ｓ ｅ ａ ｔ；ａ ｃ ｔ ｉ ｖｅｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ；ｈｕｍａｎｂｏｄｙ ｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｒ ｏａｄｍｏｄｅ ｌ；ＦｘＬＭＳａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍ；ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ ? ? ｇｏ 狔狑狅 ａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍ ｇｏ 由外界激励引起的车身振动传递到人体会导致疲劳和不适，如何降低车身振动响应，提高乘坐舒适 性已成为研究热点 ［１］．传统的车辆座椅使用固定负载能量吸收器实现被动隔振，由于吸收器的阻抗特性 难以优化，无法适应外界激励的变化 ［２］，而主动隔振正好弥补了这一缺陷 ． ＦｘＬＭＳ 算法在主动振动控制 系统中有着广泛的应用，目前，许多 学 者 ［３?６］提 出 将 ＦｘＬＭＳ 算 法 及 其 改 进 算 法 应 用 于 振 动 主 动 控 制 之 ［］ 中，以实现振动实时性控制 ． Ｌ ｉ等 ７ 提 出 基 于 约 束 权 函 数 的 ＣＦｘＬＭＳ 算 法，该 算 法 通 过 约 束 算 法 更 新 收稿日期： ２０１９ ０２ １８ ? ? 通信作者： 李伟（ １９６５?），男，教 授，博 士，主 要 从 事 汽 车 电 子 控 制、机 电 一 体 化、汽 车 系 统 动 力 学 的 研 究 ． Ｅ?ｍａ ｉ ｌ： ２９６０５６７７６＠ｑｑ． ｃ ｏｍ． 基金项目： 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ５１３７５５１９）；重 庆 市 基 础 科 学 与 前 沿 技 术 研 究 专 项 项 目 （ ｃ ｓ ｔ ｃ ２０１５ ｃｙ Ｂ ｊ ｊ Ｘ０１３３） 第５期 李伟，等：考虑人体动力学模型的座椅自适应控制 ５８１ ［］ 权值，实现控制系统鲁棒性的提 高，但 对 于 如 何 选 取 合 适 约 束 值 仍 存 在 相 关 疑 点 ．Ｍｏ ｒｇａｎ 等 ８ 在 传 统 ＦｘＬＭＳ 算法的基础上，对反馈误差信号进行固定阈值限制，以剔除参考输入中大幅度的扰动信号，但不 能过滤小幅度的扰动信号，导致系统稳定性能差 ．针对以 上 问 题，束 建 华 等 ［９］利 用 跟 踪 微 分 器 消 除 参 考 输入信号中的扰动信号，并设计一种新的非线性变换函数，以降低误差信号中冲击噪声对算法更新的影 响，但该 方法 会 造成 计 算复杂度大幅度提升，增加时间和资源 的 占用 ．针 对传统 ＦｘＬＭＳ 算 法存在 的 收 敛速度慢，而现有改进算法控制系统性能不稳定等问题，本文基于二分之一 人体?车辆?路面 九自 由度汽 车振动模型，提出 ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法 ． １ 路面?车辆?座椅动力学模型的建立 １． １ 随机路面时域模型的建立 路面不平激励是导致车身振动的重要因素，路面时域模型 是对路 面 随 机 激 励 随 着 路 面 等 级 及 汽 车 行驶速度变化而变化的数学描述 ．根据一阶滤波白噪声法 ［１０］描述单轮路 面的时 域模 型，并 根据前、后轮 的时滞关系 ［１１］，建立前、后轮路面激励时域模型 ．当车速为 狏，前轮路面激励时域模型为 （ ｆ（ 狋）＝－２π狀００狏·狇ｆ（ 狋）＋２π狀０ 槡 犌ｑ（ 狀０） 狏·狑（ 狋）． １） 狇 －１ 式（ １）中： 狀００ 为下截止频率， 狀００ ＝０． ０１１ ｍ ； 狀０ 为参考空间频率， 狀０ ＝０． １００ 狇ｆ 为前轮路面的垂直位移； ｍ－１ ； 犌ｑ（ 狀０）为路面不平度系数； 狑（ 狋）为数学期望为 ０ 的高斯白噪声函数 ． 根据前、后轮之间存在的时滞特性，后轮路面激励时域模型为 （ 狋－τ）． ２） 狇ｒ＝狇ｆ（ 式（ ２）中： τ为后轮激励滞后于 狇ｒ 为 后 轮 路 面 的 垂 直 位 移； 前轮的时间， 犾 为汽车轴距 ． τ＝犾／狏； 设定的工况如下： Ｃ 级 路 面 不 平 度 系 数 为 ２５６ｅ－６ ｍ３ ； 汽车初速度为 ２０ｍ·ｓ－１ ；轴距为 ２． ５ｍ；行驶时间为 ２０ｓ． 根据式 （ １），（ ２），通 过 Ｍａ ｔ ｌ ａｂ／Ｓ ｉｍｕ ｌ ｉ ｎｋ 对 此 工 况 进 行 仿 真 ．前、后轮路面激励（ 狋））时域图，如图 １ 所示 ． 狇（ １． ２ 九自由度汽车振动模型的建立 动态环境 下 的 路 面车 辆座 椅 系 统 是 一 个 复 杂、多 变 的多自由度振动系 统 ．为 了 方 便 建 立 模 型、简 化 计 算，作 如 图 １ 前、后轮路面激励时域图 Ｆ ｉ １ Ｆｒ ｏｎ ｔａｎｄｒ ｅ ａ ｒｗｈｅ ｅ ｌｓｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｇ． 下 ３ 点假设 ． ｅｘｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎｔ ｉｍｅｄｏｍａ ｉ ｎｄ ｉ ａｇ ｒ ａｍ １）车身两侧不存在相对运动 ． ２）只考虑车身俯仰和垂直运动，前、后轴的垂直跳动，以及座椅的垂直跳动 ． ３）车辆的左右车轮轨迹 输 入 具 有 较 高 的 相 关 性，此 时，可 认 为 路 面车 辆座 椅 系 统 是 线 性 动 力 系 统，九自由度汽车振动模型 ［１２?１３］，如图 ２ 所示 ． 图 ２ 九自由度汽车振动模型 Ｆ ｉ ２ Ｎｉ ｎｅｄｅｇ ｒ ｅ ｅ ｓｏ ｆｆ ｒ ｅ ｅｄｏｍｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｍｏｄｅ ｌ ｇ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５８２ ２０１９ 年 图 ２ 中：虚线框 Ⅰ 部分为人体动 力 学 模 型； 犿ｐ１ ， 犿ｐ２ ， 犿ｐ３ ， 犿ｐ４ 分 别 为 人 体 头 部、上 躯 干、下 躯 干 和 臀 部的质量； 犽ｐ１ ， 犽ｐ２ ， 犽ｐ３ ， 犽ｐ４ 分别为人体头部、上躯干、下 躯干 和臀 部 的 刚 度； 犮ｐ１ ， 犮ｐ２ ， 犮ｐ３ ， 犮ｐ４ 分 别 为 头 部、上 躯干、下躯干和臀部的阻尼； 狕１ ， 狕２ ， 狕３ ， 狕４ 分别 为 头 部、上 躯 干、下 躯 干 和 臀 部 质 心 处 与 平 衡 位 置 的 垂 直 位移；虚线框 Ⅱ 部分为座椅系统动力学模型； 犿ｓ， 犽ｓ， 犮ｓ， 狕５ 分别为座椅质量、刚度、阻尼和垂直位移； 狌为 座椅可调阻尼力； 犿犗 ， 犑犗 ， 狕６ ， 狕７ 分别为车 身 质 量、绕 质 心 犗 的 转 动 惯 量、质 心 的 相 对 位 移、绕 质 心 的 纵 向转动位移； 犾１ ， 犾２ ， 犾３ 分别为座椅质心、前轴、后 轴 到 车 身 质 心 的 距 离； 犿ｆｓ， 犽ｆｓ， 犮ｆｓ， 狕８ 分 别 为 汽 车 前 轴 的 质量、刚度、阻尼及质心处的相对位移； 犽ｆｔ， 犮ｆｔ， 犽ｒｔ， 犮ｒｔ分别为前轮刚度、前轮阻尼、后轮刚度及后轮阻尼 ． Ｔ 设定系统静平衡位置为坐标原点，选取系 统 的 广 义 坐 标 为 犣＝ ［ ，得 狕１ ， 狕２ ， 狕３ ， 狕４ ， 狕５ ， 狕６ ， 狕７ ， 狕８ ， 狕９ ］ 到人体垂直运动模型的微分方程为 犿ｐ１狕̈１ ＝犮ｐ１ 狕２ －犮ｐ１ 狕１ －犽ｐ１狕１ ＋犽ｐ１狕２ ， 犿ｐ２狕̈２ ＝犮ｐ１ 狕１ － （ 犮ｐ１ ＋犮ｐ２） 狕２ ＋犮ｐ２  狕３ ＋犽ｐ１狕１ － （ 犽ｐ１ ＋犽ｐ２） 狕２ ＋犽ｐ２狕３ ， 犿ｐ３狕̈３ ＝犮ｐ２ 狕２ － （ 犮ｐ２ ＋犮ｐ３） 狕３ ＋犮ｐ３  狕４ ＋犽ｐ２狕２ － （ 犽ｐ２ ＋犽ｐ３） 狕３ ＋犽ｐ３狕４ ， 犿ｐ４狕̈４ ＝犮ｐ３ 狕３ － （ 犮ｐ３ ＋犮ｐ４） 狕４ ＋犮ｐ４  狕５ ＋犽ｐ３狕３ － （ 犽ｐ３ ＋犽ｐ４） 狕４ ＋犽ｐ４狕５ ． 座椅的垂直运动微分方程为 犿ｓ狕̈５ ＝犮ｐ４ 狕４ － （ 犮ｐ４ ＋犮ｓ） 狕５ ＋犮ｓ  狕６ －犾１犮ｓ 狕７ ＋犽ｐ４狕４ － （ 犽ｐ４ ＋犽ｓ） 狕５ ＋犽ｓ狕６ －犾１犮ｓ狕７ －狌． 车身垂直和俯仰运动的微分方程为 犿犗狕̈６ ＝犮ｓ 狕５ － （ 犮ｆｓ ＋犮ｒｓ ＋犮ｓ） 狕６ － （  犾３犮ｒｓ －犾２犮ｆｓ －犾１犮ｓ） 狕７ ＋犮ｆｓ  狕８ ＋犮ｒｓ 狕９ ＋犽ｓ狕５ － （ 犽ｆｓ ＋犽ｒｓ ＋犽ｓ） 狕６ ＋ （ 犾２犽ｆｓ －犾３犽ｒｓ ＋犾１犽ｓ） 狕７ ＋犽ｆｓ狕８ ＋犽ｒｓ狕９ ＋狌， （ ３） （ ４） （ ５） （ ６） （ ７） （ ８） 犑犗狕̈７ ＝ （ 犾１犮ｓ ＋犾２犮ｆｓ －犾３犮ｒｓ） 狕６ －犾１犮ｓ  狕５ － （ 犾犮 ＋犾犮 ＋犾犮 ） 狕７ －犾２犮ｆｓ  狕８ ＋犾３犮ｒｓ 狕９ － ２ ２ ｆ ｓ ２ ３ ｒ ｓ ２ １ ｓ 犾１犮ｓ狕５ ＋ （ 犾２犽ｆｓ －犾３犽ｒｓ ＋犾１犽ｓ） 狕６ － （ 犾２ 犽ｆｓ ＋犾２ 犽ｒｓ ＋犾１２犽ｓ） 狕７ －犾２犽ｆｓ狕８ ＋犾２犽ｒｓ狕９ ． ２ ３ 前、后车轮的垂直运动微分方程分别为 （ ９） 犿ｆｓ狕̈８ ＝犮ｆｓ 狕６ －犾２犮ｆｓ 狕７ － （ 犮ｆｔ ＋犮ｆｓ） 狕８ ＋犮ｆｔ狇  ｆ（ 狋）＋犽ｆｓ狕６ －犾２犽ｆｓ狕７ － （ 犽ｆｔ ＋犽ｆｓ） 狕８ ＋犽ｆｔ狇ｆ（ 狋）， （ １０） 犿ｒｓ狕̈９ ＝犮ｒｓ 狕６ ＋犾２犮ｒｓ 狕７ － （ 犮ｒｔ ＋犮ｒｓ） 狕９ ＋犮ｒｔ狇  ｒ（ 狋）＋犽ｒｓ狕６ －犾２犽ｒｓ狕７ － （ 犽ｒｔ ＋犽ｒｓ） 狕９ ＋犽ｒｔ狇ｒ（ 狋）． （ １１） 将微分方程写成矩阵形式，可得 （ 犕犣 ＋犆犣̈ ＋犓 犣 ＝ 犅犙 ＋犉犝． １２） 式（ １２）中： 犕 为质量矩阵， 犕 ＝ｄ ｉ ａｇ［ 犿ｐ１ ， 犿ｐ２ ， 犿ｐ３ ， 犿ｐ４ ， 犿ｓ， 犿犗 ， 犑犗 ， 犿ｆｓ， 犿ｒｓ］； 犅 为 ９×４ 阶扰动矩 阵； 犙为 Ｔ 系统扰动向量， ｆ， ｒ， 犉 为控制矩阵， 犉＝ ［ ０， ０， ０， ０，－１， １， ０， ０， ０］ ； 犓 为 ９×９ 阶刚度矩阵； 犙＝ ［ 狇 狇 狇ｆ， 狇ｒ］； 犆 为 ９×９ 阶阻尼矩阵； 犝 为控制向量， 犝＝［ 狌］． ２ 算法结构 ２． １ 多通道 犉狓犔犕犛 算法 控制功能包括控制信号的推导和自适应滤波器系数的更新 ［１４］两个部分 ．自适 应滤波系 数主要 受误 差信号犲（ 狀）和滤波信号 狓 ′（ 狀）的影响 ．假设自适应滤波器阶数为 犖 ，则滤波器输出信号为 犖－１ 狀）＝ 犡Ｔ （ 狀） 狑（ 狀）＝ ∑ 狑犻狓（ 狀－犻）． 狔（ （ １３） 犻＝０ Ｔ 式（ ； １３）中： 狑（ 狀）为 滤 波 器 的 权 值 向 量， 狑（ 狀）＝ ［ 狑０ （ 狀）， 狑１ （ 狀），…， 狑犖－１ （ 狀）］ 犡Ｔ （ 狀）为 滤 波 器 输 入 信 号， 犡Ｔ （ 狀）＝ ［ 狓（ 狀）， 狓（ 狀－１），…， 狓（ 狀－犻＋１）］． 次级通道可以通过 犕 阶滤波器进行参数辨识，则控制器实际输出的反振动信号 狔 ′（ 狀）为 犕－１ ′（ 狀）＝犢Ｔ （ 狀） 犛 ＝ ∑犛犻狓（ 狀－犻）． 狔 （ １４） 犻＝０ 式（ １４）中： 犢Ｔ （ 狀）为滤波器输出信号向量， 犢Ｔ （ 狀）＝ ［ 狀）， 狀－１），…， 狀－犕 ＋１）］； 犛 为次级通道系 狔（ 狔（ 狔（ Ｔ 数， 犛＝ ［ 犛０ ， 犛１ ，…， 犛犕 ］ ． ［ ］ 滤波器参考信号 狓 ′（ 狀）为滤波器输入信号 犡（ 狀）和次级通道滤波器系数的卷积 １５ ，即 犕－１ ＾ 狓 ′（ 狀）＝ 犡Ｔ （ 狀） 犛 ＝ ∑＾ 犛犻狔（ 狀－犻）． 犻＝０ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． （ １５） 第５期 李伟，等：考虑人体动力学模型的座椅自适应控制 ５８３ Ｔ ＾ ＾ ＾ ＾ ＾ 式（ 犛 为模拟次级通道滤波器系数， 犛＝ ［ 犛０ ， 犛１ ，…， 犛犕 －１］ １５）中： ．此时，误差信号犲（ 狀）可表示为 犖－１ 犲（ 狀）＝ 犱（ 狀）＋狔 ′（ 狀）－狔（ 狀）＋狔ｒ（ 狀）＝ 犱 ′（ 狀）＋ ∑狑犻狓 ′（ 狀－犻）． （ １６） 犻＝０ 式（ １６）中： 狀）为模拟滤波器输出信号 ． 狔ｒ（ 采用归一化算法 ［１６］对滤波器权值向量 狑 进行数据更新，若犲（ 狀－１）≥犲（ 狀），则有 μ０ 狑（ 狀＋１）＝ 狑（ 狀）－２ 犡 ′（ 狀） 犲（ 狀）． 狀） 犘２ γ＋犘犡′（ 式（ １７）中： 犡 ′（ 狀）＝ ［ 狓（ 狀）， 狓（ 狀－１），…， 狓（ 狀－犻＋１）］； γ 为很小的正数 ． 若犲（ 狀－１）＜犲（ 狀），则有 （ １７） μ０ 狑（ 狀＋１）＝ 狑（ 狀）－２ 犡 ′（ 狀） 犲（ 狀－１）． 犘 犡 狀） 犘２ γ＋ ′（ 式（ １８）中： μ０ 为滤波器步长因子 ． 基于传 统 的 ＦｘＬＭＳ 算 法 进 行 改 进 的 多 通 道 Ｆｘ  （ １８） ＬＭＳ 算法框图，如图 ３ 所示 ． ２． ２ 计算复杂度分析 算法的复杂 度 由 输 入 量 决 定，随 着 输 入 量 的 增 加， 不同算法的计算度也随之增 加 ．计算复杂度 是有 效 评 价 控制算法的重要指标，低的计算复杂度 可 以极大 降 低 资 源的占用，节省时间 ． 结合图 ３， ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法包括以下 ４ 个计算 过 图 ３ 多通道 ＦｘＬＭＳ 算法结构图 程： １）滤波器输出信号 狔（ 狀）经 过 犖 次 的 乘 法 和 犖 －１ 次的加法运算； ２）模拟滤波器输出信号狔ｒ（ 狀）经过 犖 次 Ｆ ｉ ３ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｃｈａｎｎｅ ｌＦｘＬＭＳａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍ ? ｇ． ｇｏ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ｅｄ ｉ ａｇ ｒ ａｍ 的乘法和 犖 －１ 次的加法运 算； ３）滤 波 参 考 信 号 狓 ′（ 狀） 经过 犕 次的乘法和 犕 －１ 次的加法运算； ４）滤波器权值向量 狑（ 狀）的更新经 过 犖 ＋１ 次的 乘法和 犖 次 的加法运算 ． 传统 ＦｘＬＭＳ 算法和 ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法复杂度对比，如表 １ 所示 ．表 １ 中： 犽１ 为乘法运算次数； 犽２ 为加法运算 次 数 ．由 表 １ 可 知： ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算 法 表 １ 算法复杂度对比 对滤波器输 出 信 号 进 行 估 计，比 传 统 ＦｘＬＭＳ 算 法 Ｔａｂ． １ Ａｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍｃ ｏｍｐ ｌ ｅｘ ｉ ｔ ｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎ ｇｏ ｙｃ 多计算 犖 次乘法和 犖 次加法运算 ． ３ 仿真分析 参数 算法复杂度 ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法 ＦｘＬＭＳ 算法 犽１ ３犖 ＋犕 ＋１ ２犖 ＋犕 ＋１ 犽２ ３犖 ＋犕 －３ ２犖 ＋犕 －３ ３． １ 次级通道辨识 控制器输出的控制信号经由滤波器、功率放大器、加速度传 感 器 等 环 节，与 加 速 度 传 感 器 所 测 得 的 信号之间 形 成 一 个 物 理 通 道，该 通 道 被 称 为 次 级 通 道 ． Ｆｘ  ＬＭＳ 算法的关键就是对次级通道的 辨识，次级 通 道 辨 识 的 优 劣影响最终的控制 效 果 ．采 用 离 线 辨 识 的 方 法 得 到 次 级 通 道 的估计模型，利用这种方法可以简化算法，减少 仿 真系统的 实 时运算量 ． 利用 Ｓ ｉｍｕ ｌ ｉ ｎｋ 平台搭建了 次 级 通 道 辨 识 模 型，经 过 多 次 对比仿真，设定滤波器阶数为１６ 阶，步长因子为０． ０１，得到辨 识结果，如图 ４ 所示 ．图 ４ 中： １６ 条 曲 线 代 表 每 一 阶 的 权 值； 犻 为权值 ． 图 ４ 权值迭代过程图 由图 ４ 可知：辨识结果收 敛速度较 慢，但在 ５０ｓ 后，权值 数值最终趋于稳定 ．由于不需要对权值实时 更 新，故 只需 采用 Ｆ ｉ ４ Ｗｅ ｉ ｔｉ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｖｅｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓｄ ｉ ａｇ ｒ ａｍ ｇ． ｇｈ 离线辨识对权值精确辨识 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５８４ ２０１９ 年 ３． ２ 时域响应对比分析 为了验证算法的优越性，在 Ｍａ ｔ ｌ ａｂ／Ｓ ｉｍｕ ｌ ｉ ｎｋ 中，分别对 被动模 型、传统 ＦｘＬＭＳ 算 法 及 ＰＭ?ＭＦｘ  ＬＭＳ 算法进行仿真分析，以节 ２． １ 的前、后轮路面 激 励 作 为 系 统 输 入，仿 真 参 数 如 表 ２ 所 示 ．设 置 仿 真 时间为 ２０ｓ，将人体头部加速度作为评价指标，滤波器阶数分别取 ５０， １００， １５０，设置 步长因 子 μ 分别为 ０． １０ 和 ０． ０１． 表 ２ 模型仿真参数 Ｔａｂ． ２ Ｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓｏ ｆｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｍｏｄｅ ｌ 参数说明 人体质量 参数符号 参数取值 参数说明 参数符号 参数取值 犿ｐ１／ｋｇ 犿ｐ２／ｋｇ ３ ５． 车身质量 １ ２４． １０． ４ 汽车前轴质量 犿ｃ／ｋｇ ／ 犑犗 ｋｇ·ｍ２ 犿ｆｓ／ｋｇ ６９０ 车身转动惯量 ６ １５． 汽车后轴质量 犮ｐ１／ｋＮ·ｓ·ｍ 犮ｐ２／ｋＮ·ｓ·ｍ－１ ４． ０ 汽车前轴阻尼 ４． ０ 汽车后轴阻尼 犮ｐ３／ｋＮ·ｓ·ｍ－１ 犮ｐ４／ｋＮ·ｓ·ｍ－１ ４． ０ 犿ｐ３／ｋｇ 犿ｐ４／ｋｇ －１ 人体阻尼 －１ 人体刚度 座椅质量 座椅阻尼 座椅刚度 犽ｐ１／ｋＮ·ｍ 犽ｐ２／ｋＮ·ｍ－１ 犿ｒｓ／ｋｇ 犮ｆｓ／ｋＮ·ｓ·ｍ－１ １２２２ ４０． ５ ４ ４５． １． ５ 汽车前轴刚度 犮ｒｓ／ｋＮ·ｓ·ｍ－１ 犽ｆｓ／ｋＮ·ｍ－１ １７． ０ ２． ７ 汽车后轴刚度 犽ｒｓ／ｋＮ·ｍ－１ ２２． ０ ３１０． ０ 前轮阻尼 犮ｆｔ ０ 犮ｒｔ ０ 犽ｆｔ／ｋＮ·ｍ－１ 犽ｒｔ／ｋＮ·ｍ－１ １９２ １． ２５ １． ５ １５０． ０ 后轮阻尼 犽ｐ３／ｋＮ·ｍ－１ 犽ｐ４／ｋＮ·ｍ－１ １１１． ５ 前轮刚度 ７００． ４ 后轮刚度 犿ｓ／ｋｇ ／ 犮ｓ ｋＮ·ｓ·ｍ－１ 犽ｓ／ｋＮ·ｍ－１ １０４ 车身到座椅距离 ０． ７ 车身到前轴距离 犾１／ｍ 犾２／ｍ ５１ １． ２０． １ 车身到后轴距离 犾３／ｍ ０． ３１ １９２ 滤波器阶数 犖 为 １００ 时，人体头部加速度（ 犪）信号时域响应图，如图 ５ 所示 ． （ ａ）μ＝０． １０ （ ｂ）μ＝０． ０１ 图 ５ 头部加速度时域对比图（ 犖 ＝１００） Ｆ ｉ ５ Ｈｅ ａｄａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｔ ｉｍｅｄｏｍａ ｉ ｎｃ ｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｃｈａ ｒ ｔ（ 犖 ＝１００） ｇ． 由图 ５ 可知：在相同的随机路面激励下，步长因子 μ 对 控制器 的控 制效 果 具 有 一 定 程 度 的 影 响；当 步长因子μ＝０． １０ 时，被动模型、 ＦｘＬＭＳ 算法和 ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法的头部加速度峰值分别为１． ２５７３， －２ ６． ７８５８， ０． ６１４４ｍ·ｓ ；而当步长因 子 μ＝０． ０１ 时，被动 模型、 ＦｘＬＭＳ 算 法 和 ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算 法 的 头部加速度峰值分别为１． ２５７３， １． ０２５７， ０． ６１８６ｍ·ｓ－２ ．因此，当步长因子较大时，滤波器收敛速度较 快，但容易导致控制算法发散；当步长因子较小时，滤波器收敛速度较慢，但可以减小算法的稳态误差 ． 对不同阶数滤波器的数据处理，乘坐舒适性指标对比表，如表 ３ 所示 ．表 ３ 中： 犪ＲＭＳ 为头 部加 速度均 方根值 ．由表 ３ 可知：滤波器阶数和步长因子 对 被 动 减 振 无 影 响；在 滤 波 器 阶 数 犖 ＝１５０ 时， ＦｘＬＭＳ 算 法和 ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法的头部加速度均方根值分别达到最小值，即 ０． ２０３８， ０． １４１１ｍ·ｓ－２ ． 由图 ５ 和表 ３ 可 知：当滤波器阶数 相同，当步长 因子 μ＝０． １０ 时，采 用 ＦｘＬＭＳ 算法 进行振动 主 动 控制，使头部 加 速 度 均 方 根 增 加，没 有 达 到 减 振 效 果，当 μ＝０． ０１ 时， ＦｘＬＭＳ 算 法 出 现 收 敛 现 象； ＰＭ? ＭＦｘＬＭＳ 算法在两种步长下均 收 敛，减 振 效 果 明 显 优 于 被 动 模 型 和 ＦｘＬＭＳ 算 法，这 表 明 ＰＭ?ＭＦｘ  犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 李伟，等：考虑人体动力学模型的座椅自适应控制 ５８５ ＬＭＳ 算法具有良好的收敛性和稳定性；随着步长 因 子 的 减 小，在 两 种 算 法 控 制 下 的 头 部 加 速 度 均 方 根 值均有所下降，这表明减小步长因子可以减少算法的 稳态误 差，使 其控 制 效 果 更 加 显 著；当 步 长 因 子 相 同时，随着滤波器阶数的增加， ＦｘＬＭＳ 算法和 ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法的控制效果逐渐提升 ． 表 ３ 乘坐舒适性能指标参数值比较表 Ｔａｂ． ３ Ｃｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｏ ｆｒ ｉ ｄｅｃ ｏｍｆ ｏ ｒ ｔｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ 犖 ５０ １００ １５０ 犪ＲＭＳ／ｍ·ｓ－２ ＦｘＬＭＳ 算法 １． ０７３８（发散） μ 被动模型 ０． １０ ０． ３１０４ ０． ０１ ０． ３１０４ ０． ２６６７ ０． １５４３ ０． １０ ０． ３１０４ ０． ７５０９（发散） ０． １４９３ ０． ０１ ０． ３１０４ ０． １５３５ ０． １０ ０． ３１０４ ０． ２５２７ ０． ５３４５（发散） ０． ０１ ０． ３１０４ ０． ２０３８ ０． １５２３ ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法 ０． １５２５ ０． １４１１ 通过以上分析可知：当 传 统 ＦｘＬＭＳ 算 法 收 敛 时，采 用 主 动 控 制 算 法 的 控 制 效 果 明 显 优 于 被 动 控 制，在滤波器阶数和步长因子相同的条件下， ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法 的控制 效 果 优 于 传 统 ＦｘＬＭＳ 算 法，使 得头部加速度都有了更好的改善，这极大提高了乘客乘坐的 舒适 性；在 滤 波 器 阶 数 不 同、步 长 因 子 相 同 的条件下， ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法可以以较低的滤波器阶 数达到 与传统 ＦｘＬＭＳ 算 法 相 同 甚 至 更 好 的 控 制 效果，这不仅降低了计算复杂度，也反映了该算法的优越性 ． ３． ３ 频域响应对比分析 为进一步分析人体头部的振动能量和频率之间的关 系，对上述 得 到 的 人 体 头 部 加 速 度 信 号 进 行 频 域分析，得到对应的加速度功率密度（ 犘ＳＤ ）和频率（ 犳）之间的关系曲线，如图 ６ 所示 ． （ ａ）犖 ＝５０，μ＝０． ０１ （ ｂ）犖 ＝１００，μ＝０． ０１ （ ｃ）犖 ＝１５０，μ＝０． ０１ 图 ６ 头部加速度功率谱密度图 ６ Ｈｅ ｒｓｐｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｌｄｅｎｓ ｉ ｔ ｉ ａｇ ｒ ａｍ Ｆ ｉ ａｄａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｐｏｗｅ ｇ． ｙｄ 由图 ６ 可知：当车辆在随机路面上行驶时，人体产生共 振的 频率范 围主要集 中在 ０～２０ Ｈｚ的 低 频 段 ．在该段低频区，约 ２Ｈｚ出现 １ 阶共振频率， ４Ｈｚ左右出现 ２ 阶共振频率 ．取μ＝０． ０１，即在确保 ３ 种 控制方法都保持收敛的条件下， ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算 法 可 以 明 显 减 小 头 部 加 速 度 共 振 峰 值；与 传 统 的 Ｆｘ  ＬＭＳ 算法相比，采用 ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法后的主动控制在 １ 阶共振频率处分别衰减了约２， ３， ５ｄＢ，在二 阶共振频率处分别衰减了 ３， ４， ５ｄＢ．因此， ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法主动控制的控制效果最优 ． ４ 结论 １）基于传统 ＦｘＬＭＳ 算法，提出 ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 改进算 法，通 过 犖 阶 滤 波 器 对 次 级 通 道 进 行 估 计， 有效减小了不断更新的主通道或期望信号带来的影 响 ．同 时，采 用 归 一 化 算 法 对 滤 波 器 权 值 向 量 狑（ 狀） 进行更新，有效提高了算法的收敛速度和稳态误差 ． ２）头部加速度时域响应分析表明：主动 控 制 比 被 动 控 制 效 果 更 好，而 滤 波 器 阶 数 和 步 长 因 子 会 影 响主动控制 效果 ．在 ＦｘＬＭＳ 算法和 ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算法均 处 于收敛 的条 件下，控 制效果 随着滤波 器 阶 数的增加而提升，同时， ＰＭ?ＭＦｘＬＭＳ 算 法 以 更 低 的 滤 波 器 阶 数 达 到 与 传 统 ＦｘＬＭＳ 算 法 相 同 甚 至 更 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５８６ ２０１９ 年 好的控制效果，这也显示了改进算法的优越性 ．此外，在 相同滤 波器 阶 数 的 条 件 下，步 长 因 子 越 小，算 法 的稳态误差越小，算法的控制效果越好 ． ３）头部加速度频域响应分析表明：当车 辆 在 随 机 路 面 行 驶 时，引 起 人 体 产 生 共 振 的 频 率 集 中 在 低 频区（ ０～２０ Ｈｚ）．在该段区域内，当算法收敛时，主动控制的减振效果远优于被动控制 ． 参考文献： ［ １］ 王志军，景科，陈靖芯 ．基于 ＭＡＴＬＡＢ 的汽车振动响应分析［ Ｊ］．农业装备技术， ２０１６， ４２（ ４２）： ５４ ５７． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ? Ｉ ＳＳＮ． １６７１ ６３３７． ２０１６． ０４． ０２３． ? ［ ２］ ＧＡＮＺｅｎｇｋａｎｇ， ＨＩＬＬＩ ＳＡＪ， ＤＡＲＬＩＮＧＪ． Ａｄａｐ ｔ ｉ ｖｅｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｏ ｆａｎａ ｃ ｔ ｉ ｖｅｓ ｅ ａ ｔｆ ｏ ｒｏ ｃ ｃｕｐａｎ ｔ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎ ［ Ｊ］． ｓ ｖ． ２０１５． ０３． ０５０． ２０１５， ３４９： ３９ ５５． ＤＯＩ： １０． １０１６／ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＳｏｕｎｄａｎｄＶｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ， ? ｊ． ｊ ［ ３］ 朱晓锦，黄全振，高志远，等 ．多通道 ＦＵＬＭＳ 自适应 前 馈 振 动 控 制 算 法 分 析 与 验 证 ［ Ｊ］．振 动 与 冲 击， ２０１１， ３０（ ４）： １９８ ２０４． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ３８３５． ２０１１． ０４． ０４１． ? ? ［ ４］ 揭伟俊，翁雪涛，李超博 ．基于 ＦｘＬＭＳ 算 法 的 双 层 隔 振 系 统 主 动 控 制 研 究 ［ Ｊ］．兵 器 装 备 工 程 学 报， ２０１６，３７（ ６）： １６６ １６９． ＤＯＩ： １０． １１８０９／ｓ ｃｂｇｘｂ２０１６． ０６． ０３９． ? ［ ５］ 王士浩，王生栋，查富生 ．基 于 ＦｘＬＭＳ 算 法 的 主 动 噪 声 控 制 效 果 研 究 ［ Ｊ］．机 械 与 电 子， ２０１５（ １２）： ２３ ＤＯＩ： １０． ?２７． ３９６９／ Ｉ ＳＳＮ． １００１ ２２５７． ２０１５． １２． ００６． ? ［ ６］ 孙文豪，张锋，汪 涵，等 ．应 用 ＳＯＦｘＬＭＳ 算 法 的 振 动 主 动 控 制 ＭＡＴＬＡＢ 仿 真 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１７， ３８（ ６）： ７７９ ７８５． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１６１１０２５． ? ? ［ ７］ ＬＩＰｅｎｇ， ＹＵ Ｘｕｎ． Ａｃ ｔ ｉ ｖｅｎｏ ｉ ｓ ｅｃ ａｎｃ ｅ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍｓｆ ｏ ｒｉｍｐｕ ｌ ｓ ｉ ｖｅｎｏ ｉ ｓ ｅ［ Ｊ］．Ｍｅ ｃｈａｎ ｉ ｃ ａ ｌＳｙ ｓ ｔ ｅｍｓａｎｄＳ ｉ ｌＰｒ ｏ  ｇｏ ｇｎａ ２０１３， ３６（ ２）： ６３０ ６３５． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ， ｓｐ． ２０１２． １０． ０１７． ? ｊ． ｙｍｓ ［ ８］ ＭＯＲＧＡＮ Ｄ Ｒ． Ｈｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｓａｎｄｓｕｂｓ ｅ ｔｄｅ ｖｅ ｌ ｏｐｍｅｎ ｔｏ ｆｔ ｈｅＦＸＬＭＳａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍ［ Ｊ］． Ｓ ｉ ｌＰｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ ｙ，ａｐｐ ｑｕｅｎ ｇｏ ｇｎａ ２０１３， ３０（ ３）： １７２ １７６． ＤＯＩ： １０． １１０９／ＭＳＰ． ２０１３． ２２４２３９４． Ｍａｇａ ｚ ｉ ｎｅ， ? ［ ９］ 束建华，付志浩 ．改进 ＦｘＬＭＳ 算法在主动振动控 制 中 的 应 用［ Ｊ］．计 算 机 工 程 与 应 用， ２０１５， ５１（ １２）： ２３０ ２３４． ＤＯＩ： ? １０． ３７７８／ Ｉ ＳＳＮ． １００２ ８３３１． １４１１ ０３２５． ? ? ［ １０］ 钱凯，胡启国，李力克 ．基于人?车?路耦合振动系统的儿童乘坐舒适性［ Ｊ］．重庆交通大学学报（自 然 科 学 版）， ２０１３， ３２（ ２）： ３５１ ３５９． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ Ｉ ＳＳＮ． １６７４ ０６９６． ２０１３． ０２． ３９． ? ? ［ ｃｈ ｉ ｎａ ｓ ａ ｅ． １１］ 卢凡，陈思忠 ．汽车路面激励的时 域 建 模 与 仿 真 ［ Ｊ］．汽 车 工 程， ２０１５， ３７（ ５）： ５４９?５５３． ＤＯＩ： １０． １９５６２／ ｊ． ｃｇｃ． ２０１５． ０５． ０１２． ｑ ［ １２］ Ｎａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＳ ｔ ａｎｄａ ｒ ｄ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎ Ｍａｎａｇｅｍｅｎ ｔＣｏｍｍｉ ｔ ｔ ｅ ｅ． Ｅｖａ ｌ ｕａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｈｕｍａｎｅｘｐｏ ｓｕ ｒ ｅｔ ｏｗｈｏ ｌ ｅ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ：Ｐａ ｒ ｔ １： ?ｂｏｄｙｖ Ｇｅｎｅ ｒ ａ ｌｒ ｅ ｉ ｒ ｅｍｅｎ ｔ ｓ：Ｉ ＳＯ２６３１ １：１９８５ ［ Ｓ］． Ｓｗｉ ｔ ｚ ｅ ｒ ｌ ａｎｄ： Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＯｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎｆ ｏ ｒＳ ｔ ａｎｄａ ｒ ｄ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎ， １９８５． ? ｑｕ ｇａｎ ［ １３］ 张鄂，刘中华，邵晓春 ．九 自 由 度 乘 坐 动 力 学 模 型 的 人 体 振 动 特 性 仿 真 ［ Ｊ］．交 通 工 程 学 报， ２０１０， １０（ ４）： ５８?６４． ＤＯＩ： １６７１ １６３７（ ２０１０） ０４ ００５８ ０７． ? ? ? ［ １４］ 李超博，楼京俊，吴家明，等 ．次级通道在线辨识的双层隔振系统振动主动控制［ Ｊ］．舰船科学技术， ２０１８， ３８（ １）： ４９ ? ５６． ＤＯＩ： １０． ３４０４／ Ｉ ＳＳＮ． １６７２ ７６４９． ２０１６． １． ０１０． ? ［ １５］ 孙文豪，张锋，罗顺安，等 ．自适应主动振动控制仿真分析［ Ｊ］．噪声与 振 动 控 制， ２０１７， ３７（ ６）： ２３ ２８． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ? Ｉ ＳＳＮ． １００６ １３５５． ２０１７． ０６． ００５． ? ［ １６］ 杨红，李敏德，林苍松，等 ．一种新的变步长 ＬＭＳ 自 适 应 滤 波 算 法 ［ Ｊ］．通 信 技 术， ２０１０， ４３（ １１）： １５３ １５５． ＤＯＩ： １０． ? ３９６９／ Ｉ ＳＳＮ． １００２ ０８０２． ２０１０． １１． ０５４． ? （责任编辑：陈志贤 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：崔长彩） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１９０３０６５ ? 空气弹簧失效对高架胶轮驱动有轨电车 小半径曲线通过性的影响 文孝霞，尹晓康，杜子学 （重庆交通大学 轨道交通研究院，重庆 ４０００７４） 摘要： 探讨空气弹簧失效对高架胶轮驱动有轨电车小半 径 曲 线 通 过 性 的 影 响 ．建 立 高 架 有 轨 电 车 的 动 力 学 拓扑结构，运用多体动力学理论及动力学仿真软件，建立高架有轨电车及线路的仿真模型，并对不同空气弹簧 失效工况下的车辆进行动力学性能仿真 ．仿真结果表 明：当 空 气 弹 簧 失 效 后，车 辆 的 抗 倾 覆 稳 定 性、抗 脱 轨 稳 定性变差，车体侧滚角变大，曲线通过性变差 ． 关键词： 高架胶轮驱动有轨电车；空气弹簧失效；曲线通过性；动力学仿真 中图分类号： Ｕ２３２ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０５８７ ０６ ? ? ? 犐 狀 犳 犾 狌 犲 狀犮 犲狅 犳犃犻 狉犛狌 狊 狀 狊 犻 狅狀犉犪 犻 犾 狌 狉 犲狅狀犘犪 狊 狊 犻 狀犵犘犲 狉 犳 狅 狉犿犪狀犮 犲狅 犳 狆犲 犛犿犪 犾 犾犚犪犱 犻 狌 狊犆狌 狉 狏 犲狅 犳犈 犾 犲 狏 犪 狋 犲 犱犚狌犫犫 犲 狉 犠犺犲 犲 犾犇狉 犻 狏 犲 狀犜狉 犪犿 ＷＥＮ Ｘｉ ａｏｘ ｉ ａ，ＹＩＮ Ｘｉ ａｏｋａｎｇ，ＤＵ Ｚ ｉ ｘｕｅ （ Ｉ ｎｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅｏ ｆＲａ ｉ ｌｗａｙＴｒ ａｎｓｐｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑ ｉ ｎｇＪ ｉ ａｏ ｔ ｏｎｇＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ｎｇ４０００７４，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｙ，Ｃｈｏｎｇｑ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｔｈｅｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔｏ ｆａ ｉ ｒｓｕｓｐｅｎｓ ｉ ｏｎｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｓｏｎｔ ｈｅｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅｏ ｆｐａ ｓ ｓ ｉ ｎｇｓｍａ ｌ ｌｒ ａｄ ｉ ｕｓｃｕ ｒ ｖｅｆ ｏ ｒｅ ｌ ｅ ｖａ ｔ ｅｄ ｌ ｔ ｉ ｂｏｄｙｄｙｎａｍｉ ｃ ｓ ｒ ｕｂｂｅ ｒ ｗｈｅ ｅ ｌｄ ｒ ｉ ｖｅｎｔ ｒ ａｍｉ ｓｉ ｎｖｅ ｓ ｔ ｉ ｔ ｅｄ．Ａｔ ｏｐｏ ｌ ｏｇｙｏ ｆｔ ｈｅｔ ｒ ａｍｓｗａ ｓｓ ｔ ａｂ ｌ ｉ ｓｈｅｄ，ａｎｄ ｍｕ ｇａ ｔ ｈｅ ｏ ｒ ｃ ｓｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓ ｏ ｆ ｔｗａ ｒ ｅｗｅ ｒ ｅｕｓ ｅｄｔ ｏｅ ｓ ｔ ａｂ ｌ ｉ ｓｈａｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｍｏｄｅ ｌｏ ｆｔ ｒ ａｍａｎｄｌ ｉ ｎｅ．Ｔｈｅｄｙ  ｙａｎｄｄｙｎａｍｉ ｎａｍｉ ｃｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓｏ ｆｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅｕｎｄｅ ｒｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎｇｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎｓｗｉ ｔ ｈａ ｉ ｒｓｕｓｐｅｎｓ ｉ ｏｎｆ ａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅ ｓｗｅ ｒ ｅ ｈｅａｎ ｔ ｉ  ｏｖｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ｎ ｉ ｎｇ ａ ｌ ｓ ｏｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅｄｏｕ ｔ．Ｔｈｅｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｔ ｈａ ｔｗｈｅｎｔ ｈｅｔ ｒ ａｍ′ ｓａ ｉ ｒｓｕｓｐｅｎｓ ｉ ｏｎｆ ａ ｉ ｌ ｓ，ｔ ｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｔ ｉ  ｄｅ ｒ ａ ｉ ｌｍｅｎ ｔｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆｔ ｈｅｔ ｒ ａｍ ｗｉ ｌ ｌｂｅ ｃ ｏｍｅｗｏ ｒ ｓ ｅ，ｔ ｈｅｇｕ ｉ ｄｅｗｈｅ ｅ ｌｗｉ ｌ ｌｄｅ ｒ ａ ｉ ｌａｎｄｔ ｈｅｒ ｏ ｌ ｌａｎ  ｙａｎｄａｎ ｙｏ ｒ ａｍ′ ｓｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅｏ ｆｐａ ｓ ｓ ｉ ｎｇｃｕ ｒ ｖｅｗｉ ｌ ｌｂｅｗｏ ｒ 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ｔ ｕ ｒ ｅｏ ｆａ ｉ ｒｓｕｓｐｅｎｓ ｉ ｏｎ ｇ． ２． １ 曲线线路模型参数 ［ ］ 高架有轨电车的动力学仿真模型包括车体、转向架及线路模型 ４?５ ．在建模前，应先确定最小 曲线半 径、曲线 超高等 线路 模 型参数 ［６?７］．由于 中间 式 导向轨道车 辆运行 轨道正线 曲线 的 最小 半径为 ５０ ｍ［８］， 故选择半径为 ５０ｍ 的 Ｒ５０ 左转轨道 ． 通过弯道时，高架有轨电车会产生离心力，使乘客向离心力方向倾斜，影响乘坐舒适性，引起乘客的 不安感和疲劳感 ［９］．为了平衡车辆过弯时产生的离心 力，需 在 轨 道 梁 曲 线 处 设 置 超 高，即 曲 线 内 侧 轨 道 面应比外侧轨道面低 ． 高架有轨电车在小半径曲线上行驶时，路面超高是影响车辆曲线通过性的一个重要因素，尤其当高 ［］ ［］ 架有轨电车自身轮距较大，曲线半径较小时，曲线线路的超高率（ 犛ｅ）更为重要 １ ，其计算公式 ８ 为 狏２ 犪ｓ 犺 （ １） － ＝ ×１００％． 犚犵 犵 狊 式（ １）中： 犺 为超高， ｍ； 狏 为车辆速度， ｍ·ｓ－１ ； 犪ｓ 为未被 平衡 的离心加 速度， 犪ｓ≤０． ４ ｍ·ｓ－２ ，原 则 上 取 犛ｅ ＝ （ ） ０； 狊 为左、右走行轮的中心轮距， ｍ； 犚 为曲线半径， ｍ； ｍ·ｓ－２ ． 犵 为重力加速度， 如果已知曲线半径及车辆通过曲线时的速度，参照 ＧＢ５５９９－１９８５《铁道车辆动力学性能评 定和试 验鉴定规范》［１０］的相关规定，即可求得该曲线线路 的 超 高 ．例 如，左、右 走 行 轮 的 中 心 轮 距 为 ２． ３２ ｍ 的 车辆，以 ２５ｋｍ·ｈ－１ 的速度通过半径为 ５０ｍ 的曲线，则曲线线路的超高应为 ０． １８５６ｍ． ２． ２ 导向轮预压力 任利惠等 ［１１］对车辆导向轮与导向轨 之 间 的 各 种 接 触 情 况 进 行 仿 真 研 究，仿 真 结 果 表 明：中 间 式 导 向车辆的导向轮无需与跨座式单轨车辆导向轮一样设置初始预压力；导向轮与 导向轨 之间 应预留 ０～５ ｍｍ 的间隙 ．这是因为导向轮径向力和走行轮侧偏力会随着导向轮与导向轨之间间隙 的增 大而增 大，从 而增加轮胎的磨损 ．导向轮与导向轨之间设置预压力对车辆的曲线通过性不会有明显的改善，反而会显 著恶化高架有轨电车的横向稳定性 ．因此，将仿真工况中导向轮与导向轨之间的预压力设为 ０． ２． ３ 单节车辆模型 高架 有 轨 电 车 单 节 车 辆 的 车 体 及 转向架结构 十 分 复 杂，不 同 部 件 之 间 有 相对运 动，且 会 产 生 相 互 作 用 力，轮 胎 与轨道 梁 的 轮 轨 耦 合 关 系 复 杂 ．因 此， 在建立模型 之 前，对 车 辆 结 构 进 行 适 当 的简化：只考 虑 导 向 轮 的 径 向 刚 度 和 阻 尼，忽 略 导 向 轮 的 侧 向 刚 度 和 侧 偏 刚 度，忽略 轮 胎 和 路 面 之 间 的 摩 擦 力 ［１２］： 将车体、转向架、轨道梁均假定为刚体 ． 首先，根 据 车 体、转 向 架 及 各 零 部 件间实际的 相 对 运 动 关 系，建 立 高 架 有 轨电车的动力学拓扑结构，如图２ 所示 ． 图 ２ 高架有轨电车动力学拓扑图 Ｆ ｉ ２ Ｄｙｎａｍｉ ｃｔ ｏｐｏ ｌ ｏｇｙｏ ｆｅ ｌ ｅ ｖａ ｔ ｅｄｔ ｒ ａｍ ｇ． 图 ２ 中：６ＤＯＦ 表 示 只 考 虑 伸 缩、横 移、 浮沉、侧滚、点头、摇头等 ６ 个自由度；每个车轮有且只有 １ 个绕轴旋转的自由度；走行轮与导向轮绕着 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 文孝霞，等：空气弹簧失效对高架胶轮驱动有轨电车小半径曲线通过性的影响 ５８９ 表 １ 单节车辆模型的自由度 其驱动轴做旋转运动 ． 单节车 辆 模 型 的 自 由 度，如 表 １ 所 示 ．表 １ 中： 单节车辆模型包含 １ 个 车 体、 ２ 个 转 向 架、 ８个走行 轮、 ８ 个导向轮； 狕， θ， 狔， φ，  分 别 表 示 横 移、浮 沉、侧 滚、点头、摇头等自由 度；下 标 ｃ， ｚ， Ｂ， γ分别表示车 体、转向架、走行轮、导向轮 ． 运用软件 ＡＤＡＭＳ，建 立 高 架 有 轨 电 车 的 动 力 Ｔａｂ． １ Ｄｅｇ ｒ ｅ ｅ ｓｏ ｆｆ ｒ ｅ ｅｄｏｍｏ ｆｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅｍｏｄｅ ｌ 部件 自由度 伸缩 横移 浮沉 侧滚 点头 摇头 车体 － 狔ｃ 狕ｃ θｃ φｃ ｃ 转向架 － 狔ｚ 狕ｚ θｚ φｚ 走行轮 － － － － 导向轮 － － － － φ － ｚ － Ｂ γ 学模型 ．模型由 ２７ 个 模 块 组 成，各 模 块 间 的 自 由 度 关系由相应的 ４４ 个连接确定 ．在转向架子模型中的走行轮间加上差速机构，即在左、右走行轮中间设置 耦合副力元 ．对空气弹簧、减振器进行线性拟合，并采用相应的弹簧?阻尼力元进行模拟 ． 高架有轨电车的动力学模型，如图 ３ 所示 ．图 ３ 中：单节 整车模 型 调 用 了 ２ 个 转 向 架 子 模 型 和 １ 个 车体子模型 ． （ ａ）转向架子模型 （ ｂ）单节整车模型 图 ３ 高架有轨电车的动力学模型 Ｆ ｉ ３ Ｄｙｎａｍｉ ｃｍｏｄｅ ｌｏ ｆｅ ｌ ｅ ｖａ ｔ ｅｄｔ ｒ ａｍ ｇ． ３ 空气弹簧失效工况的仿真分析 ３． １ 车辆过弯受力 选择 Ｒ５０ 左转轨道，当高架有轨电车左转弯时，车辆右侧空气 弹簧受力 相对较 大 ．车辆 过弯 受力情 况，如图 ４ 所示 ．因此，应着重考虑右侧空气弹簧失效的情况 ． 设置 ４ 种 空 气 弹 簧 失 效 工 况 （工 况 １～４），失效位置 分别 为前转向 架 右 侧、后转向架 右 侧、前 转 向 架 双 侧 和 后 转 向 架 双 侧，并 对 车 辆 曲 线 通 过 安 全 性进行动力学仿真 ［６］． ３． ２ 抗倾覆稳定性 在运 行 过 程 中，高 架 有 轨 电 车 受 图 ４ 车辆过弯受力图 到多种 横 向 力 的 作 用 ［２］，使 车 轮 受 力 Ｆ ｉ ４ Ｆｏ ｒ ｃ ｅｄ ｉ ａｇ ｒ ａｍｏ ｆｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅｔ ｈｒ ｏｕｇｈｃ ｏ ｒ ｎｅ ｒ ｉ ｎｇ ｇ． 发生改变，引起一侧导向轮受力减少，另一侧导向轮受力增加 ．当横向力达到一定程度时，可能会引起某 侧导向轮脱离轨道面 ．同时，走行轮的垂向力也较为明显，若一侧走行轮的垂向力减载至零，发生车辆倾 覆的概率将大为增加 ． 车辆倾覆表明车辆一侧的走行轮已经脱轨，此情况比侧面的水平导向轮脱轨更加危险 ．倾覆系数是 评定轨道车辆倾覆情况的指标，分别测试 ４ 种工况下车辆的走行轮垂向力，并计算倾覆系数 ． 在导向轮与导向轨刚好接触，不设预压力的工况下，车辆以 ２５ｋｍ·ｈ－１ 的速度通过弯道，仿 真测量 车辆在正常工况及空气弹簧失效工况下的最大走行 轮垂向 力 ．由 仿真 结 果 可 知：在 工 况 １ 下，车 辆 通 过 弯道时，前转向 架右 侧的走行 轮垂向力 增加，约 为 ６５． ９ｋＮ，左侧的走 行轮 垂向力 减小，约 为 ２４． １ｋＮ， 其倾覆系数 犇 为 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５９０ ２０１９ 年 犉２ －犉１ ６５． ９－２４． １ ４６４． ＝ ＝ ０． 犉２ ＋犉１ ６５． ９＋２４． １ 式（ ２）中： 犉１ 为减载一侧走行轮的垂向力， Ｎ； 犉２ 为增载一侧走行轮的垂向力， Ｎ． （ ２） 犇＝ 不同工况下的倾覆系数，如表 ２ 所示 ．表２ 中： 犇１ ～犇４ 分别为前转向架前轴、前转向架后轴、后转向 架前轴、后转向架前轴的倾覆系数 ． 表 ２ 不同工况下的倾覆系数 Ｔａｂ． ２ Ｏｖｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ｎ ｉ ｎｇｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔｕｎｄｅ ｒｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎｇｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎｓ 工况 犇１ 犇２ 犇３ 犇４ 正常工况 ０． ２５９ ０． ２４５ ０． ２５１ ０． ２５８ 工况 １ ０． ４６４ ０． ３８６ ０． ３７６ ０． ３５５ 工况 ２ ０． ３６５ ０． ３６２ ０． ３１５ ０． ４１２ 工况 ３ ０． ４０５ ０． ４５０ ０． ３９０ ０． ３６６ 工况 ４ ０． ３５８ ０． ３５７ ０． ３７６ ０． ３７６ 由表 ２ 可知：不同工况下的倾覆系数虽然满足 ＧＢ５５９９－１９８５《铁道车辆动力学性能评定和 试验鉴 定规范》［１０］规定的机车的允许倾覆系数（ 犇＜０． ８００），但相较于正常工况，其他工况下的倾覆系数值均有 增加，增幅为 ２５． ５％ ～８３． ７％．这说明空气弹簧失效后，高架有轨电车的抗倾覆稳定性变差 ． ３． ３ 抗脱轨稳定性 当高架有轨电车以超过最大过弯车速通过弯道，或遇到加剧车辆倾斜的强横风作用时，车辆会发生 倾斜和横移 ［２］．此时，若同一转向架上同侧的导向轮均不受力（径向力为 ０），说 明车辆 的导 向轮脱 轨 ．同 理，若同一转向架上同侧的两个导向轮径向力未同时为 ０，说明车辆的抗 脱轨稳 定性 较好 ．因此，可以根 据车辆导向轮径向力的变化情况，判断车辆导向轮是否脱轨 ． 在导向轮与导向轨刚好接触，不设预压力的工况下，车辆以 ２５ｋｍ·ｈ－１ 的速 度通 过曲线，工 况 １～ ４ 的导向轮径向力的变化情况，如图 ５～８ 所示 ．图 ５～８ 中： 犉 为导向轮径向力； 狋 为时间 ． （ ａ）前转向架 （ ｂ）后转向架 图 ５ 导向轮径向力的变化情况（工况 １） Ｆ ｉ ５ Ｃｈａｎｇｅｓ ｉ ｔ ｕａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｒ ａｄ ｉ ａ ｌｆ ｏ ｒ ｃ ｅｏ ｆｇｕ ｉ ｄｅｗｈｅ ｅ ｌ（ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎｇｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎ１） ｇ． （ ａ）前转向架 （ ｂ）后转向架 图 ６ 导向轮径向力的变化情况（工况 ２） Ｆ ｉ ６ Ｃｈａｎｇｅｓ ｉ ｔ ｕａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｒ ａｄ ｉ ａ ｌｆ ｏ ｒ ｃ ｅｏ ｆｇｕ ｉ ｄｅｗｈｅ ｅ ｌ（ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎｇｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎ２） ｇ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 文孝霞，等：空气弹簧失效对高架胶轮驱动有轨电车小半径曲线通过性的影响 （ ａ）前转向架 ５９１ （ ｂ）后转向架 图 ７ 导向轮径向力的变化情况（工况 ３） Ｆ ｉ ７ Ｃｈａｎｇｅｓ ｉ ｔ ｕａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｒ ａｄ ｉ ａ ｌｆ ｏ ｒ ｃ ｅｏ ｆｇｕ ｉ ｄｅｗｈｅ ｅ ｌ（ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎｇｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎ３） ｇ． （ ａ）前转向架 （ ｂ）后转向架 图 ８ 导向轮径向力的变化情况（工况 ４） Ｆ ｉ ８ Ｃｈａｎｇｅｓ ｉ ｔ ｕａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｒ ａｄ ｉ ａ ｌｆ ｏ ｒ ｃ ｅｏ ｆｇｕ ｉ ｄｅｗｈｅ ｅ ｌ（ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎｇｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎ４） ｇ． 由图 ５～７ 可知：工况 １～３ 的车辆导向轮虽未出现 脱轨 现象，但 有 发 展 至 脱 轨 的 趋 势，对 高 架 有 轨 车辆的曲线通过性及运行安全性均有一定影响 ．由此可见，空气弹簧失效后，车辆的抗脱轨稳定性变差 ． 由图 ８ 可知：高架有轨电车在后转向架双侧空 气 弹 簧 失 效 的 工 况 下，以 ２５ｋｍ·ｈ－１ 的 车 速 通 过 曲 线时，后转向架右侧两个导向轮径向力同时为 ０，出现脱轨现象 ． ３． ４ 车体侧滚角 高架有轨电 车 的 车 体 侧 滚 角 不 仅 是 乘 坐 舒 适 性 的 评 价 指 标，也是车辆曲线通过性的重要评 价指标 ［１］．由 于高 架 有 轨 电 车 能够通过的曲线半径较小，而小半径曲线线路的曲线超高较大， 故车辆在小半径 曲 线 线 路 上 的 车 体 侧 倾 将 更 为 显 著 ［１］．当 车 辆 左转弯时，右侧空 气 弹 簧 受 力 较 大，因 此，车 辆 右 侧 空 气 弹 簧 失 效后的车体侧滚角可能变得更大 ． 在空气弹簧失效 的 ４ 种 工 况 下，车 辆 以 不 同 速 度 通 过 弯 道 图 ９ 不同工况下的最大车体侧滚角 时的最大车体侧滚角（ θ），如图 ９ 所示 ．由 图 ９ 可 知：不 同 工 况 下 的车体侧滚角都小 于 运 行 安 全 性 临 界 值 １０． ００ °；当 后 转 向 架 右 Ｆ ｉ ９ Ｍａｘ ｉｍｕｍｂｏｄｙｒ ｏ ｌ ｌａｎｇ ｌ ｅ ｇ． ｕｎｄｅ ｒｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎｓ 侧空气簧失效，车辆以 ４３ｋｍ·ｈ－１ 的速度通过弯道时，出现最大车体侧滚角 ９． １５ °，此时，运行安全性变 差，且车内乘客会产生较大的倾斜感 ［１３］，影响运行安全性、乘坐舒适性及曲线通过性 ． 此外，车体侧滚角随着过弯速度及车体离心力的增加而逐渐增大 ［１４］．在相 同的车 速下 通过曲 线，右 侧空 气弹 簧 失效的 最 大车体侧滚 角比双 侧空气 弹簧失 效时要 大得 多 ［１５］．因此，右 侧空气弹 簧失效 时的 车辆运行安全性、乘坐舒适性及曲线通过性更差 ． ４ 结论 １）在 ４ 种工况下，当车辆以 ２５ｋｍ·ｈ－１ 的速度通过 Ｒ５０ 小半径曲线时，各轴的倾覆系数虽然小于 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５９２ ２０１９ 年 允许倾覆系数 ０． ８００，但较正常工况时变大，增幅为 ２５． ５％ ～８３． ７％ ，车辆抗倾覆稳定性变差 ． ２）在后转向架双侧空气弹簧失效的工况下，当车辆以 ２５ｋｍ·ｈ－１ 的速度通过 Ｒ５０ 小半径曲线时， 后转向架右侧导向轮出现脱轨现象，此时为危险工况，车辆抗脱轨稳定性变差 ． ３）当车辆以 ２５ｋｍ·ｈ－１ 的速度通过 Ｒ５０ 小半径曲 线 时，右 侧 空 气 弹 簧 失 效 时 的 最 大 车 体 侧 滚 角 达到 ９． １５ °，接近影响运行安全性的临界值 １０． ００ °，车辆运行安全性、乘坐舒适性及曲线通过性变差 ． 综上，空气弹簧失效对高架有轨电车动力学性能的影 响 较大，车 辆 的 曲 线 通 过 性、运 行 安 全 性 都 变 差 ．当空气弹簧发生故障时，应降速通过曲线，低速蠕行至最近站台，疏导乘客，以保证行车安全 ． 参考文献： ［ １］ 李耀 ． ＡＰＭ 车辆系统动力学性能仿真分析及参数优化研究［ Ｄ］．重庆：重庆交通大学， ２０１８． ［ ２］ 杜子学，曹丹婷 ．跨座式单轨车辆空气弹簧失效 对 行 车 安 全 性 能 的 影 响 研 究 ［ Ｊ］．城 市 轨 道 交 通 研 究， ２０１６（ ５）： ７６ ? ８０． ＤＯＩ： １０． １３８９０／ ｉ ｓ ｓｎ． １０００ １２８ｘ． ２０１６． ０５． ０１９． ? ｊ． ［ ３］ ＺＨＯＵＪｕｎｃｈａｏ， ＤＵＺ ｉ ｘｕｅ， ＹＡＮＧＺｈｅｎ． Ｄｙｎａｍｉ ｃｒ ｅ ｓｐｏｎｓ ｅｏ ｆｔ ｈｅｆ ｕ ｌ ｌ ｓ ｃ ａ ｌ ｅｓ ｔ ｒ ａｄｄ ｌ ｅ ｔ ｒ ａ ｉ ｌｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓｗｉ ｔ ｈｓ ｉ ｎ  ? ? ｙｐｅｍｏｎｏ ｌ ｅ ａｘ ｌ ｅｂｏｇ ｉ ｅ ｓ［ Ｊ］．Ｍｅ ｃｈａｎ ｉ ｃ ｓ， ２０１９， ２５（ １）： １７ ２４． ? ? ｇ ［ ４］ 左长永 ．基于 ＭＤ ＡＤＡＭＳ 的跨座式单轨车辆动力学性能研究［ Ｄ］．重庆：重庆交通大学， ２０１３． ［ ５］ 杜子学，何钦洪 ．跨座式单轨车辆动力学性能计算报告［ Ｒ］．重庆：重庆交通大学， ２０１６． ［ ６］ 杜子学，李云川，梁志华，等 ．跨座式单轨车辆曲线通过安全性研究［ Ｊ］．机车电传动， ２０１６（ １）： ７９ ８３． ? ［ ７］ 高浩，罗仁，池茂儒，等 ．车辆系统空气弹簧失气安全性分析［ Ｊ］．交通运输工程学报， ２０１２， １２（ ３）： ６０ ６６． ? ［ ８］ 宋泳霖，任 利 惠，王 忠 杰 ．单 轴 轮 胎 走 行 部 ＡＰＭ 车 辆 界 限 计 算 探 讨 ［ Ｊ］．机 电 一 体 化， ２０１５（ １２）： ４７?５１． ＤＯＩ： １０． ｃｎｋ ｉ． ｉ ｓ ｓｎ． １００７ ０８０ｘ． ２０１５． １２． ０１０． １６４１３／ ? ｊ． ［ ９］ 张云飞，李军 ．轮径差对轨道客车山区小半径曲线 通 过 的 影 响 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１８， ３９（ ４）： ４８６ ? ４９５． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１８０３０３７． ? ［ １０］ 中华人民共和国国家标准局 ．铁道车辆动力学 性 能 评 定 和 实 验 鉴 定 规 范：ＧＢ５５９９－１９８５［ Ｓ］．北 京：中 国 标 准 出 版社， １９８６． ［ １１］ 任利惠，季元进，薛蔚 ．单轴轮 胎 走 行 部 ＡＰＭ 车 辆 的 动 力 学 性 能 ［ Ｊ］．同 济 大 学 学 报 （自 然 科 学 版）， ２０１５， ４３（ ２）： ｉ ｓ ｓｎ． ０２５３ ２８０ ２８５． ＤＯＩ： １０． １１９０８／ ３７４ｘ． ２０１５． ０２． ０１８． ? ? ｊ． ［ １２］ 仲建华，杜子学，何希和 ．跨座式轨道交通车辆道岔结构及分析［Ｍ］．北京：人民交通出版社， ２０１３． ［ １３］ 杜子学，李宁，陈 帅 ．跨 坐 式 单 轨 车 辆 曲 线 通 过 性 能 仿 真 分 析 ［ Ｊ］．城 市 轨 道 交 通， ２０１２， １５（ ７）： ２２?２５． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １００７ ８６９Ｘ． ２０１２． ０７． ００６． ? ｊ． ［ １４］ 李宁 ．跨座式单轨车辆系统动力学性能仿真与评价研究［ Ｄ］．重庆：重庆交通大学， ２０１１． ［ １５］ 唐飞 ．悬挂式单轨车辆系统动力学参数优化研究［ Ｄ］．重庆：重庆交通大学， ２０１８． （责任编辑：钱筠 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：崔长彩） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１８１２００１ ? 采用模型设计的不间断电源整机 控制系统开发与设计 陈启勇，王荣坤，满飞 （华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 ３６１０２１） 摘要： 针对传统不间断电源（ ＵＰＳ）整机控制策略存在切换条件覆盖面不足、难以追溯问题根源，以及 传 统 的 开发方法开发周期长、效率低等问题，采用分层设计方 法 设 计 不 间 断 电 源 控 制 系 统 结 构 ．首 先，将 整 机 控 制 策 略的制定化分为各层次子功能模块策略的制定 ．然后，采用基于模 型 设 计 的 开 发 方 法，在 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓ ｉｍｕ ｌ ｉ ｎｋ 仿真工具上完成从模型搭建、代码自动生成到软件在环测试的开发过程 ．最后，将自动生成的代码下载到实验 样机上进行集成整机测试 ．实验结果表明：基于模型设计方法开发的整机控制器可以准确实现 ＵＰＳ 切换 供 电 功能；采用分层设计的方法简化控制系统的设计，有助 于 软 件 的 移 植、升 级 和 查 找 问 题；基 于 模 型 设 计 自 动 生 成的代码完全可以替代人工的编码，缩短开发周期 ． 关键词： 不间断电源；基于模型的设计；分层设计；代码自动生成；软件在环测试 中图分类号： ＴＭ７２７ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０５９３ ０７ ? ? ? 犇犲 狏 犲 犾 狅狆犿犲狀 狋狅 犳犝狀 犻 狀 狋 犲 狉 狉 狌狆 狋 犻 犫 犾 犲犘狅狑犲 狉犛狌狆狆 犾 狔 犆狅狀 狋 狉 狅 犾犛狔 狊 狋 犲犿 犝狊 犻 狀犵 犕狅犱 犲 犾犇犲 狊 犻 犵狀 ＣＨＥＮ Ｑｉ ｉ ｙｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｒｏｎｇｋｕｎ，ＭＡＮ Ｆｅ （ Ｃｏ ｌ ｌ ｅｇｅｏ ｆＩ ｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅａｎｄＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｙ，Ｘｉ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ａｉｍｉ ｎｇａ ｔｔ ｈｅｄ ｉ ｓ ａｄｖａｎ ｔ ａｇｅ ｓｏ ｆｔ ｈｅｔ ｒ ａｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎａ ｌｕｎ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｒ ｕｐ ｔ ｉ ｂ ｌ ｅｐｏｗｅ ｒｓｕｐｐ ｌ ＵＰＳ）ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ  ｙ（ ｓｉ ｎｓｕ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔｃ ｏｖｅ ｒ ａｇｅｆ ｏ ｒｓｗｉ ｔ ｃｈ ｉ ｎｇｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎｓ，ｄ ｉ ｆ ｆ ｉ ｃｕ ｌ ｔ ｎｔ ｒ ａ ｃ ｉ ｎｇｔ ｈｅｒ ｏｏ ｔｃ ａｕｓ ｅ ｓｏ ｆｐ ｒ ｏｂ ｌ ｅｍｓ， ｇｙ，ｓｕｃｈａ ｙｉ ｌ ｏｎｇｄｅ ｖｅ ｌ ｏｐｍｅｎ ｔｃｙ ｃ ｌ ｅａｎｄｌ ｏｗｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎｃｙ，ａｈ ｉ ｅ ｒ ａ ｒ ｃｈ ｉ ｃ ａ ｌｄｅ ｓ ｉ ｔ ｈｏｄｗａ ｓａｄｏｐ ｔ ｅｄｔ ｏｄｅ ｓ ｉ ｈｅｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ｅｏ ｆ ｇｎｍｅ ｇｎｔ ｈｅｆ ｏ ｒｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｔ ｈｅｗｈｏ ｌ ｅｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅｇｙｗａ ｓｄ ｉ ｖ ｉ ｄｅｄｉ ｎ ｔ ｏｆ ｏ ｒｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓｏ ｆ ｔ ｈｅＵＰＳｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｓｙ ｓ ｔ ｅｍ．Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ，ｔ ｆ ｕｎｃ ｔ ｉ ｏｎｍｏｄｕ ｌ ｅｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅｇ ｉ ｅ ｓｆ ｏ ｒｅ ａ ｃｈｌ ｅ ｖｅ ｌ．Ｔｈｅｎｔ ｈｅｄｅ ｖｅ ｌ ｏｐｍｅｎ ｔｍｅ ｔ ｈｏｄｂａ ｓ ｅｄｏｎ ｍｏｄｅ ｌｄｅ ｓ ｉ ｓｕｓ ｅｄ ｓｕｂ ? ｇｎｗａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｔ ｏｓ ｏ ｆ ｔｗａ ｒ ｅｉ ｎｌ ｏｏｐｔ ｅ ｓ ｔｕｓ ｉ ｎｇ ｔ ｏｃ ｏｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅｔ ｈｅｄｅ ｖｅ ｌ ｏｐｍｅｎ ｔｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓｆ ｒ ｏｍ ｍｏｄｅ ｌｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎｇ，ｃ ｏｄｅａｕ ｔ ｏ ? ｇｅｎｅ ＭＡＴＬＡＢ／Ｓ ｒ ａ ｔ ｅｄｃ ｏｄｅｗａ ｓｄｏｗｎ ｌ ｏａｄｅｄｔ ｏｔ ｈｅｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌｐ ｒ ｏ ｔ ｏ  ｉｍｕ ｌ ｉ ｎｋｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ．Ｆ ｉ ｎａ ｌ ｌ ｈｅａｕ ｔ ｏ ?ｇｅｎｅ ｙ，ｔ ｔ ｏｃ ｏｎｄｕｃ ｔｔ ｈｅｉ ｎ ｔ ｅｇ ｒ ａ ｔ ｅｄｗｈｏ ｌ ｅｓｙ ｓ ｔ ｅｍｔ ｅ ｓ ｔ．Ｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｔ ｈａ ｔｔ ｈｅｍａ ｃｈ ｉ ｎｅ ｙｐｅｔ ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒｂａ ｓ ｅｄｏｎｔ ｈｅｍｏｄｅ ｌｄｅ ｓ ｉ ｔ ｈｏｄｃ ａｎｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅｔ ｈｅｆ ｕｎｃ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆａ ｃ ｃｕ ｒ ａ ｔ ｅｓｗｉ ｔ ｃｈ ｉ ｎｇｔ ｈｅｐｏｗｅ ｒｓｕｐｐ ｌ ｆ ｇｎｍｅ ｙｏ ｔ ｈｅＵＰＳ．Ｔｈｅｌ ａｙｅ ｒ ｅｄｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ｅｄｅ ｓ ｉ ｉｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｅ ｓｔ ｈｅｄｅ ｓ ｉ ｆｔ ｈｅｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｓｙ ｓ ｔ ｅｍａｎｄｆ ａ ｃ ｉ ｌ ｉ ｔ ａ ｔ ｅ ｓｓ ｏ ｆ ｔｗａ ｒ ｅｍｉ  ｇｎｓ ｇｎｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ，ｕｐｇ ｒ ａｄ ｉ ｎｇ，ａｎｄｐ ｒ ｏｂ ｌ ｅｍｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｎｇ．Ｔｈｅａｕ ｔ ｏｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｒ ａ ｔ ｅｄｃ ｏｄｅｂａ ｓ ｅｄｏｎｔ ｈｅ ｍｏｄｅ ｌｄｅ ｓ ｉ ａｎ ｇ ｙｇｅｎｅ ｇｎｃ ｃ ｏｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｌ ｅｐ ｌ ａ ｃ ｅｔ ｈｅｍａｎｕａ ｌｃ ｏｄ ｉ ｎｇ，ｗｈ ｉ ｃｈｃ ａｎｓｈｏ ｒ ｔ ｅｎｔ ｈｅｄｅ ｖｅ ｌ ｏｐｍｅｎ ｔｃｙ ｃ ｌ ｅ． ｙｒ 收稿日期： ２０１８ １２ ０３ ? ? 通信作者： 王荣坤（ １９８６ Ｅ?ｍａ ｉ ｌ： ｗａｎｇ ｒ ｏｎｇｋｕｎ＠ｈｑｕ． ｅｄｕ． ?），男，讲师，博士，主要从 事 电 力、电 子 与 电 气 传 动 的 研 究 ． ｃｎ． 基金项目： 国家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ５１７０７０６８，５１４７７０５８）；华 侨 大 学 研 究 生 科 研 创 新 基 金 资 助 项 目 （ １７０１４ ０８２００２） 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５９４ ２０１９ 年 ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｒ ｕｐ ｔ ｉ ｂ ｌ ｅｐｏｗｅ ｒｓｕｐｐ ｌ ｌｂａ ｓ ｅｄｄｅ ｓ ｉ ｉ ｅ ｒ ａ ｒ ｃｈ ｉ ｃ ａ ｌｄｅ ｓ ｉ ｏｄｅａｕ ｔ ｏｍａ ｔ ｉ ｃｇｅｎｅ ｒ ａ  犓犲 狉 犱 狊： ｕｎ ｙ；ｍｏｄｅ ｇｎ；ｈ ｇｎ；ｃ 狔狑狅 ｔ ｉ ｏｎ；ｓ ｏ ｆ ｔｗａ ｒ ｅｉ ｎｌ ｏｏｐｔ ｅ ｓ ｔ 随着信息技术的发展，现代不间断电源（ ＵＰＳ）采 用 数 字 化 控 制 方 案 实 现 控 制 方 案、整 机 逻 辑 ．ＵＰＳ 的整机逻辑控制涉及的信号量多，信号之间易存在耦合，传统的整机控制策略设计不易覆盖全部切换条 件，且出现问题后难以溯源 ．相比硬 件 的 设 计、测 试 和 检 修， ＵＰＳ 的 整 机 控 制 缺 少 一 张 包 含 所 有 信 号 流 向、逻辑关系与判定条件的整机信 号 图 纸 ． ＵＰＳ 整 机 控 制 器 的 传 统 开 发 方 式 是 开 发 人 员 在 计 算 机 上 通 过手工编写 Ｃ 代码，将代码刷写到控 制 器 中，再 将 控 制 器 装 到 整 机 上 进 行 调 试 ．但 是，这 种 开 发 方 式 容 易引入人工编程代码错误，需要花费大量精力进行修 改代码 和调试 ．台 架 测 试 需 要 全 硬 件 搭 建，存 在 设 计周期长、开发效率低、算法无法得 到 实 时 验 证 等 缺 点 ［１?３］．基 于 模 型 设 计（ＭＢＤ）的 开 发 流 程 可 以 让 开 发人员从繁琐的手工编码工作中解脱出来，集中精力搭建控制算法模型，缩短从仿真到编程调试的开发 周期，近年来在多种领域得到应用，并取得了不错的结果 ［４?８］．目前，将这种开发流程用于 ＵＰＳ 领 域的研 究相对较少 ．本文对 ＵＰＳ 整机控制系统进行分层设计，采用基于模型设计的开发方法，完成控制模型的 代码自动生成，验证代码的可行性，然后，将生成的 Ｃ 代码移植到实验样机中进行整机试验 ． １ 犝犘犛 整机控制系统分层设计 采用分层设计的理念，将 ＵＰＳ 整机控制系统划分为输入层、内部控制层、可供电逻辑判断层和输出 层 ．层与层之间信号传递为单向，且无交叉耦合，便于溯源 ．系统判别为组合逻辑，易于实现，内外部界限 清晰，移植性较强 ． ＵＰＳ 整机逻辑控制分层设计流程，如图 １ 所示 ．图 １ 中： Ａ， Ｂ， Ｃ 分别表示 ３ 种不同分 类的故障； ＢＹＰ， ＩＮＶ， ＥＣＯ 和 ＮＯＮＥ 分别表示旁路供电、逆变供电、经济 供电和 无供 电模式； ＳＣＲ 为可 控硅开关 ． 图 １ ＵＰＳ 整机逻辑控制分层设计流程 Ｆ ｉ １ Ｈｉ ｅ ｒ ａ ｒ ｃｈ ｉ ｃ ａ ｌｄｅ ｓ ｉ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓｆ ｏ ｒｌ ｏｇ ｉ ｃ ａ ｌｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｏ ｆＵＰＳ ｇ． ｇｎｐ 各分层主要有如下功能 ． １）输入层：将系统硬件上 的 ＩＯ 信号、采 样 模 块 ＡＤＣ 采 样 信 号、通 信 总 线 上解析的输入量等与 ＵＰＳ 整机控制模块的软件端口进行映射，使最终设计的控制模块具有很强的移植 性 ．同时，输入层也指 明 对 输 入 信 号 所 采 取 的 处 理 方 式，比 如，对 ＩＯ 信 号 的 滤 波 时 间 及 锁 存 方 式，对 ＡＤＣ 采样量计算方法等 ．该层输出为系统状态量 ． ２）内部控制层：对来自输 入层 的状态 量按 照单、并机 系统进行分类和分级，得到不同分类和等级的判断条件（主要以故障判断为主），这些判断条件被输入至 下一层，可供电逻辑层与其他判断条件进行逻辑组合，共同参与逻辑判断 ．同时，该层还对逆变控制进行 运行状态监控，实时提取当前的运行状态 ． ３）可供电逻辑判断层：结合 ＵＰＳ 类 型与单 并机 模式，对上层 输出的判断条件和运行状态量进行逻辑组合，判断出当前可用的输出源 ． ４）输出层：通过当 前的 锁相状 态和 ３ 个输出源的可供电状态，输出层最终确定 ＵＰＳ 应该选择的供电方式，并产生相应的开关信号，实 现开关的切换动作 ． 考虑 ＵＰＳ 有在线式、后备式及在线互动式，工作 台 数 有 单 机 和 并 机 方 式，每 台 ＵＰＳ 的 输 入 信 号 量 又有个体差异，因此，按照分层 设 计 方 法，对 ＵＰＳ 的 整 机 控 制 系 统 进 行 最 大 化 设 计，如 图 ２ 所 示 ．图 ２ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 陈启勇，等：采用模型设计的不间断电源整机控制系统开发与设计 ５９５ 中： ＰＬＬ 表示锁相环； ＡＤＣ 为采样模块； ＩＯ 为输入输出模 块； ＳＰＩ为串行外 设 接 口 模 块； ＣＡＮ 为 增 强 控 制器局域网络模块； ＥＰＯ 为紧急关断开关 ．由图 ２ 可知：并机方式有主从方案；若无相应信号，设计 ＵＰＳ 时，只需对其输入固定量赋值 ． 图 ２ ＵＰＳ 的整机控制系统 Ｆ ｉ ２ Ｃｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｓｙ ｓ ｔ ｅｍｏ ｆＵＰＳ ｇ． ２ 犝犘犛 整机控制策略的制定 ２． １ 犝犘犛 开关机控制策略 通过触摸屏或者面板按键给 ＵＰＳ 发出开、关机指 令，系 统 经 过 一 个 开 关 机 延 时 时 间 后，执 行 开、关 机动作，这个开关机延时时间是供系统完成初始化或自检工作 的 ． ＵＰＳ 系统 工作过程 中如果 出现 故障， 系统将被锁定，待故障恢复后，执行解锁操作才能解锁，所以开关机指令除了使系统执行开关机动作外， 还具有解锁功能，即系统由于发生故障而被锁定时，可以通过下电和重启的方式进行解锁 ． ２． ２ 锁相环控制策略 考虑到 ＵＰＳ 的并联，设计 ＵＰＳ 的锁相为两级锁相环结构，以提高锁相精度和可靠性 ．其中，一级锁 相环用来跟踪市电相位和频率，并进行相互间的相位同步控制，即实现 ＵＰＳ 与市电的同步；二级锁相环 用来跟踪一级锁相 环 的 输 出，使 各 逆 变 器 的 输 出 电 压 相 位 跟 踪 共 同 的 一 级 锁 相 环 输 出，即 实 现 各 台 ＵＰＳ 之间的同步 ．两级锁相环都采用了 ＰＩ调节器，但设置一级 锁相环 的 ＰＩ调节 器速 度较慢，使 其确保 旁路和逆变器之间的平滑切换；二级锁相环要确保跟 踪一级 锁 相 环 输 出 的 快 速 性，故 设 置 ＰＩ调 节 器 速 度较快，并设置较高的精度，使其确保 ＵＰＳ 之间的并联环流达到最小 ． ２． ３ 控制环策略 ＵＰＳ 的三环控制策略，如图 ３ 所示 ． 由图 ３ 可知：最外环是有效值环，以负载端电压有效值 和参考 值 之 差 为 控 制 目 标，调 节 基 准 正 弦 信 号的幅值，保证输出电压幅值的稳定，输出的基准正弦波作为参考值被输 入到瞬时 值环 中，为 抑制 ＵＰＳ 输出电压的直流偏置分量，瞬时值环中引入了直流偏置环，直流偏置环得到的直流电压反馈量叠加到基 准正弦波上，共同参与调节；最内环为电流环，电流环以滤波电感电流作为电流环反馈，负载电流处于电 感电流内环环路之外，导致电流环对负载扰动毫无抑 制作用 ．因此，将负 载 电 流 作 为 电 流 前 馈 加 入 电 流 环中，以改善系统的抗负载扰动能力 ． ２． ４ 旁路逆变切换控制策略 ＵＰＳ 工作模式的切换实质上是旁路输出和逆变输出之间的切换，对于在线式 ＵＰＳ，其 ＥＣＯ 其实也 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． ５９６ 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ２０１９ 年 图 ３ ＵＰＳ 的三环控制策略 Ｆ ｉ ３ Ｔｈｒ ｅ ｅ ｌ ｏｏｐｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅｇｙｏ ｆＵＰＳ ? ｇ． 为旁路输出 ．具体的旁路逆变切换控制策略，如图 ４ 所示 ． 图 ４ 旁路逆变切换控制策略 Ｆ ｉ ４ Ｂｙｐａ ｓ ｓ ａｎｄｉ ｎｖｅ ｒ ｔ ｅ ｒｓｗｉ ｔ ｃｈ ｉ ｎｇｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅｇｙ ｇ． 由图 ４ 可知：为节约能源， ＵＰＳ 将优先判断 ＥＣＯ 供电模式． 若满足 ＥＣＯ 模式供 电条 件，且 无锁相 异常、逆变无输出，则整机控制器无延时地控制逆变开关 关闭，旁路 开 关 打 开，电 能 从 旁 路 输 出；若 在 满 足 ＥＣＯ 模式供电条件的同时，发生锁相异常，逆变可供电条件成立且逆变输出，则经过不同的延时时间 后，将逆变开关和旁路开关先后分别执行关闭和打开动作，电能从旁路输出；若无法满足 ＥＣＯ 模式供电 条件时，则考虑 ＵＰＳ 是否满足逆变可供电条件，此环节的开关切换条件同 ＥＣＯ 工作模式下的切换条件 相似．ＵＰＳ 逆变器输出给负载 供电，当 满 足 旁 路可供电条 件，则 逆 变 开 关 关 闭，旁 路 开 关 打 开，电能由旁路提供． 若 ３ 种可 供电条件 都 不 满足，则逆变开 关 和 旁 路 开 关 都 关 闭，ＵＰＳ 无 电能输出 ． ３ 模型的建立及自动代码的生成 ３． １ 搭建整机控制模型 根据各个子功能模块控制策略，在 ＭＡＴ ｉｍｕ ｌ ｉ ｎｋ 中建 立 ＵＰＳ 整 机 控 制 仿 真 模 ＬＡＢ／Ｓ 型，仿真结构如图 ５ 所示 ．图 ５ 中：整机控制仿 图 ５ ＵＰＳ 整机控制仿真结构图 Ｆ ｉ ５ Ｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ｅｏ ｆＵＰＳｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｓｙ ｓ ｔ ｅｍ ｇ． 真模型集成 开 关 机 控 制、锁 相 环 控 制、控 制 环 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 陈启勇，等：采用模型设计的不间断电源整机控制系统开发与设计 ５９７ 控制和旁路逆变切换控制模块，以及完成电能质量检 测、故 障分 类和报 警 等 其 他 辅 助 功 能 模 块 ．在 真 实 工作环境中，还有很多未被上述功能模块包含的外围信号，因此，在仿真中添加外围信号的模拟源（根据 作业工况模拟出相应的信号）作为 ＵＰＳ 的输入，共同参加整机控制 ． 建立模型后进行仿真，仿真显示 ＵＰＳ 系统的输入 开 关、电 池 开 关、旁 路 开 关、旁 路 维 修 开 关 和 输 出 开关等闭合或断开状态 ． ＵＰＳ 各种工作模式之间的切换是由这些开关联 合动作 实现 的，所 以，通 过这些 开关的开关状态的组合方式，便可以知道 ＵＰＳ 处于何种工作模式下，从而判断整机控制算法是否正确 ． ３． ２ 自动代码生成 自动代码生成是基于模型设计的一个重要环节，不但可以免去人工编写代码的繁琐工作，而且可以 避免人工编写代码时引入的 错 误，这 在 很 大 程 度 上 缩 短 了 产 品 的 开 发 周 期 ［９?１２］．仿 真 结 果 验 证 了 ＵＰＳ 整机控制模型的正确性后，在 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓ ｉｍｕ ｌ ｉ ｎｋ 里进行代码自动生 成操作 ．代 码生 成配置 设置，如图 ６ 所示 ． （ ａ）解算器设置 （ ｂ）处理器选型 （ ｃ）系统目标文件设置 图 ６ 代码生成配置系列设置 Ｆ ｉ ６ Ｓｅ ｒ ｉ ａ ｌｓ ｅ ｔ ｔ ｉ ｎｇｓｏ ｆｃ ｏｄｅｇｅｎｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｃ ｏｎ ｆ ｉ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｇ． ｇｕ 为便于代码检查和调试，可以在 Ｒｅｐｏ ｒ ｔ子 标 签 中 设 置 代 码 生 成 报 告 选 项，模 型 生 成 代 码 完 毕 后， 自动弹出代码生成报告 ．完成以上配置后，点击 Ｂｕ ｉ ｌ ｄ Ｍｏｄｅ ｌ即可生成代码 ． ４ 软件在环测试 软件在环测试（ Ｓ ＩＬ）是一种等效性测试，提供控制模型和 Ｓ ＩＬ 测试模型相同的输入，如果两者的输 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ５９８ ２０１９ 年 出一致，则说明生成的 Ｃ 代码与控制模型在功能上是 一 致 的 ．由 于 Ｓ ＩＬ 测 试 是 纯 仿 真 测 试，在 ＰＣ 上 即 可实现，无需真实整机系统，能够更早地发现问题、提高调试效率、节约开发成本和周期，因此，是一种理 想的功能测试工具 ［１３?１５］． 首先，将求解器设置为离散，固定步长，系统的目标 文件 设置 为 ｅ ｒ ｔ． ｔ ｌ ｃ；接着，在 Ｓ ＩＬａｎｄＰＩＬ Ｖｅ ｒ ｉ  ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ 选项卡中将 ｃ ｒ ｅ ａ ｔ ｅｂ ｌ ｏ ｃｋ 设置为 Ｓ ＩＬ；随后，点击 Ｂｕ ｉ ｌ ｄ Ｍｏｄｅ ｌ生成基于 Ｃ 代码的 Ｓ ｆ ｕｎｃ ｔ ｉ ｏｎ 模 ? 块 ．此时，给整机控制器仿真模型和生成代码的 Ｓ ｆ ｕｎｃ ｔ ｉ ｏｎ 模块加载相同的输入，代码等效 性验证波形， ? 如图 ７ 所示 ．图 ７ 中： １ 为开； ０ 为关； 狋 为仿真实验时间 ．由 图 ７ 可 知：两者 的输出 是一 致的，这 说 明 整 机 控制器模型生成的 Ｃ 代码和原控制器仿真模型具有等效性 ． 图 ７ 代码等效性验证波形 Ｆ ｉ ７ Ｃｏｄｅｅ ｉ ｖａ ｌ ｅｎｃ ｅｖｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｗａｖｅ ｆ ｏ ｒｍ ｇ． ｑｕ ５ 整机集成测试 通过 Ｓ ＩＬ 测试验证 Ｃ 代码的正确性之后，需要将 Ｃ 代码移植到 ＵＰＳ 的整机控制 器中，并在 真实的 运行环境中，与电网采样电路、整流器、逆变器及保护电路等各个子系统连接构成完整闭环，进行整机集 成测试，以便在开发早期完成系统级的测试和验证 ． 在一台 ２ｋＷ 的后备式 ＵＰＳ 实验样机上进行旁路逆变切换测试， ＵＰＳ 系统由旁路供电切换至逆变 供电的实验结果，如图 ８ 所示 ．由图 ８ 可知： ＵＰＳ 初始时，处于旁路 供电工作 模式；在 ａ 时 刻，旁 路掉电， 整机控制器判断为逆变可供电；在 ｂ 时刻，成功切换至逆变供电 ．由于 ＵＰＳ 实验样机的旁路与逆变之间 是由继电器动作实现的，所以，切换时间有 ４ｍｓ延时，此延时符合国际标准 ． 逆变切旁路实验结果，如图 ９ 所示 ．由图 ９ 可知： ＵＰＳ 初始时处于逆变供电工作模式，在 ｃ 时刻，市 电恢复正常，整机逻辑控制判断为旁路可供电；在 ｄ 时刻，成功切换至旁路供电 ． 图 ８ ＵＰＳ 旁路切逆变实验 图 ９ ＵＰＳ 逆变切旁路实验 Ｆ ｉ ８ Ｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔｏ ｆＵＰＳｆ ｒ ｏｍｂｙｐａ ｓ ｓ ｇ． Ｆ ｉ ９ Ｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔｏ ｆＵＰＳｆ ｒ ｏｍｉ ｎｖｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｇ． ｒｓｕｐｐ ｌ ｏｉ ｎｖｅ ｒ ｔ ｅ ｒｐｏｗｅ ｒｓｕｐｐ ｌ ｐｏｗｅ ｙｔ ｙ ｒｓｕｐｐ ｌ ｏｂｙｐａ ｓ ｓｐｏｗｅ ｒｓｕｐｐ ｌ ｐｏｗｅ ｙｔ ｙ ＵＰＳ 整机集成测试实验结果验证了 ＵＰＳ 整机控制策略的正 确性，同时，也验 证基于模 式设计 的方 法开发的整机控制系统能够正确地实现 ＵＰＳ 控制功能 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 陈启勇，等：采用模型设计的不间断电源整机控制系统开发与设计 ５９９ ６ 结束语 ＵＰＳ 控制系统分层设计的方法有利 于 整 机 控 制 系 统 的 简 化 设 计，设 计 的 整 机 控 制 图 纸 结 构 清 晰、 信号无耦合且易溯源，具有较好的指导性，同时，基于分层设计的控制软件具有很好的移植性，易于追溯 问题根源 ．相比于传统开发方式，采用基于模型设计的方法开发整机控制策略，具有早期验证的优势，自 动代码生成技术避免了人工编码，软化在环测试可以提前验证代码的正确性，整机集成测试表明设计的 控制系统满足控制需求，该开发方法简便、有效，极大 缩 短 ＵＰＳ 控 制 系 统 从 仿 真 到 调 试 的 开 发 周 期，提 高开发效率 ． 参考文献： ［ １］ ＺＯＵ Ｚｈ ｉ ｘ ｉ ａｎｇ，ＷＡＮＧＺｈｅｎｇ， ＣＨＥＮＧ Ｍｉ ｎｇ． Ｄｅ ｓ ｉ ｌ ｓ ｉ ｓｏ ｆｏｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎｇｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅｇ ｉ ｅ ｓｆ ｏ ｒａｇｅｎｅ ｒ ａ ｌ ｉ ｓ ｅｄｖｏ ｌ ｔ ａｇｅ ? ｇｎａｎｄａｎａ ｙ ｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅｐｏｗｅ ｒｓｕｐｐ ｌ ｓ ｅｄｏｎｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｌｍｏｄｅ ｌｐ ｒ ｉ ｎｃ ｉ ｌ ｅ［ Ｊ］． Ｉ ｅ ｔＰｏｗｅ ｒＥｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏｎ ｉ ｃ ｓ， ２０１４， ７（ ２）： ３３０?３３９．ＤＯＩ： １０． ｙｂａ ｐ ｌ． ２０１３． ０１５９． １０４９／ ｉ ｅ ｔ ?ｐｅ ［ ２］ ＫＡＹＡＢＡＳ ＩＡ， ＡＫＫＡＹＡ Ｒ． Ｔｈｅｄｅ ｓ ｉ ｌ ｅｍｅｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆａｍｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｓ ｅｄｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅｐｈａ ｓ ｅｏｎ ｌ ｉ ｎｅｕｎ ｉ ｎ  ?ｂａ ? ｇｎａｎｄｉｍｐ ｔ ｅ ｒ ｒ ｕｐ ｔ ｅｄｐｏｗｅ ｒｓｕｐｐ ｌ ｔ ｈｐｏｗｅ ｒｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏｎ［ Ｃ］∥Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＣｏｎ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅｏｎＥｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌａｎｄＥｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏｎ ｉ ｃ ｓＥｎ  ｙｗｉ ＩＥＥＥＰｒ ｅ ｓ ｓ， ２００９： ４４２ ４４６． ＤＯＩ： １０． １１０９／ＥＬＥＣＯ． ２００９． ５３５５２７４． ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ． Ｂｕ ｒ ｓ ａ： ? ｇ ［ ３］ 宋慧延，刘强，牛大伟 ．一种挖掘机 电 控 系 统 性 能 测 试 平 台 的 设 计 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１４， ３５（ ３）： ２５０ ２５２． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１４． ０３． ０２５０． ? ? ［ ４］ 来鑫，姜淳，金昌，等 ．基于模型设计的 ４ＷＩ Ｓ ４ＷＩＤ 车辆教学实验平台［ Ｊ］．实 验 室 研 究 与 探 索， ２０１８， ３７（ ６）： ５６ ５９， ? ? ６７． ＤＯＩ： １０． ３６９６／ ｉ ｓ ｓｎ． １００６． ７１６７． ２０１８． ０６． ０１４． ｊ． ［ ５］ 佘超 ．基于模型设计的电动汽车永磁同步电机无速度传感器控制策略的研究［ Ｄ］．北京：北京交通大学， ２０１８． ［ ６］ ＨＡＲＮＥＴＴＣ Ｋ， ＴＥＭＰＬＥＴＯＮＪ， ＤＵＮＰＨＹ?ＧＵＺＭＡＮ Ｋ Ａ， 犲 狋犪 犾．Ｍｏｄｅ ｌｂａ ｓ ｅｄｄｅ ｓ ｉ ｆａ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ｉ ｃ ｍｉ ｘｅ ｒ ｇｎｏ Ｊ］． ＬａｂｏｎａＣｈ ｉ ２００８， ８（ ４）： ５６５ ５７２． ＤＯＩ： １０． １０３９／ｂ７１７４１６ｋ． ｄ ｒ ｉ ｖｅｎｂｙｉ ｎｄｕｃ ｅｄｃｈａ ｒ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏｏ ｓｍｏ ｓ ｉ ｓ［ ? ｐ， ｇｅｅ ［ ７］ 刘雪梅，郭改平 ．基于模型设计的飞 机 装 配 检 测 技 术 分 析 ［ Ｊ］．中 国 工 程 机 械 学 报， ２０１７， １５（ ６）： ５４７?５５１． ＤＯＩ： １０． １５９９９／ ｃｎｋ ｉ． ３１１９２６． ２０１７． ０６． ０１４． ｊ． ［ ８］ 田韶鹏，阙同亮 ．基 于 模 型 设 计 的 电 动 车 整 车 控 制 器 开 发 研 究 ［ Ｊ］．自 动 化 与 仪 表， ２０１７， ３２（ ９）： ６０?６４． ＤＯＩ： １０． １９５５７／ ｃｎｋ ｉ． １００１ ９９４４． ２０１７． ０９． ０１５． ? ｊ． ［ ９］ 王博舒，新峰，王小银，等 ．自动 代 码 生 成 技 术 的 发 展 现 状 与 趋 势 ［ Ｊ］．西 安 邮 电 大 学 学 报， ２０１８， ２３（ ３）： １ ＤＯＩ： ?１２． ｉ ｓ ｓｎ． ２０９５ １０． １３６８２／ ６５３３． ２０１８． ０３． ００１． ? ｊ． ［ １０］ 陈攀 ．电动汽车控制器自动代码生成及标定系统研究［ Ｄ］．济南：山东大学， ２０１８． ［ １１］ ＫＲＩ ＺＡＮＪ， ＥＲＴＬＬ， ＢＲＡＤＡＣ Ｍ， 犲 狋犪 犾． Ａｕ ｔ ｏｍａ ｔ ｉ ｃｃ ｏｄｅｇｅｎｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｆ ｒ ｏｍ Ｍａ ｔ ｌ ａｂ／Ｓ ｉｍｕ ｌ ｉ ｎｋｆ ｏ ｒｃ ｒ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｌａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｓ ［ Ｃ］∥２７ ｔ ｈＣａｎａｄ ｉ ａｎＣｏｎ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅｏｎＥｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌａｎｄＣｏｍｐｕ ｔ ｅ ｒＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ． Ｔｏ ｒ ｏｎ ｔ ｏ： ＩＥＥＥＰｒ ｅ ｓ ｓ， ２０１４： １ ６． ＤＯＩ： １０． ? １１０９／ＣＣＥＣＥ． ２０１４． ６９０１０５８． ［ １２］ 樊启永，顾立 志，宋 金 玲 ． Ｐｒ ｏ／Ｅ 和 ＶＥＲＩＣＵＴ 虚 拟 机 床 建 模 与 仿 真 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１０， ３１ （ ２）： １２６ １３１． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ ｉ ｓ ｓｎ． １０００ ５０１３． ２０１０． ０２． ０２１６． ? ? ［ １３］ 刘振华 ． Ｓ ＩＬ 平台在功能测试 方 面 的 应 用 ［ Ｃ］∥２０１４ 中 国 汽 车 工 程 学 会 年 会 ．北 京：机 械 工 业 出 版 社， ２０１４： ６３３ ? ６３７． ［ １４］ 宋大凤，李幼德，李静，等 ．汽车牵引力控制软件在环仿真研究［ Ｊ］．农业机械学报， ２００５（ ８）： ２７ ２９． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ? ｊ． ｉ ｓ ｓｎ． １０００ １２９８． ２００５． ０８． ００８． ? ［ １５］ ＶＡＮＤＩＧ， ＣＡＶＩＮＡ Ｎ， ＣＯＲＴＩＥ， 犲 狋犪 犾． Ｄｅ ｖｅ ｌ ｏｐｍｅｎ ｔｏ ｆａｓ ｏ ｆ ｔｗａ ｒ ｅｉ ｎｔ ｈｅｌ ｏｏｐｅｎｖ ｉ ｒ ｏｎｍｅｎ ｔｆ ｏ ｒａｕ ｔ ｏｍｏ ｔ ｉ ｖｅｐｏｗｅ ｒ  ｅｇｙｐ ｒ ｏ． ２０１４． ０１． ０８４． ｔ ｒ ａ ｉ ｎｓｙ ｓ ｔ ｅｍｓ［ Ｊ］． Ｅｎｅ ｒ ｏ ｃ ｅｄ ｉ ａ， ２０１４， ４５： ７８９ ７９８． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ? ｊ． ｇｙＰｒ （责任编辑：陈志贤 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：崔长彩） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１９０３０４９ ? 钙质砂与石英砂渗透性差异对比试验 廖仁国１，周先齐１，２，蔡燕燕１，张小燕３ （ １．华侨大学 岩土工程研究所，福建 厦门 ３６１０２１； ２．厦门理工学院 土木工程与建筑学院，福建 厦门 ３６１０２４； ３．中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院，北京 １０００８３） 摘要： 针对相同粒径和级配的钙质砂与石英砂，通过单粒径三轴渗透试验和混合粒径三轴剪切渗透试验，对 比分析单粒径砂渗透性受围压的影响规律，以及三轴剪切 过 程 中 混 合 粒 径 砂 渗 透 性 演 化 行 为 的 差 异 ．三 轴 渗 透试验结果表明：钙质砂渗透性随围压的升高而降低，随 粒 径 的 增 加 而 增 加，与 石 英 砂 规 律 相 似，钙 质 砂 渗 透 系数与围压表现出较好的指数关系；在同级配条件下，钙质砂的渗透性小于普通石英砂；在给定围压和渗透压 的条件下，钙质砂渗流量和时间呈现线性关系，依然服 从 达 西 定 律 ．三 轴 剪 切 渗 透 试 验 结 果 表 明：在 较 低 围 压 下，钙质砂变形由剪缩到剪胀，渗透系数随应变的增加 先 下 降，后 升 高，石 英 砂 变 形 规 律 及 渗 透 规 律 与 钙 质 砂 相似；在较高围压下，二者差异明显，钙质砂变形表现为剪缩特性，且伴有一定量的颗粒破碎，渗透系数降幅由 快变慢直至稳定，而石英砂无论是变形规律还是渗透规律，均与较低围压下一致 ． 关键词： 渗透系数；围压；钙质砂；石英砂 中图分类号： ＴＵ４１１． ４ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６００ ０６ ? ? ? 犆狅犿狆犪 狉 犪 狋 犻 狏 犲犈狓狆犲 狉 犻犿犲狀 狋狅狀犘犲 狉犿犲 犪犫 犻 犾 犻 狋 犳 犳 犲 狉 犲 狀犮 犲 狔犇犻 犅犲 狋狑犲 犲 狀犆犪 犾 犮 犪 狉 犲 狅狌 狊犛犪狀犱犪狀犱犙狌犪 狉 狋 狕犛犪狀犱 ， ＬＩＡＯ Ｒｅｎｇｕｏ１，ＺＨＯＵ Ｘｉ ａｎｑ ｉ１ ２，ＣＡＩＹａｎｙａｎ１，ＺＨＡＮＧ Ｘｉ ａｏｙａｎ３ （ １．Ｉ ｎｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅｏ ｆＧｅｏ ｔ ｅ ｃｈｎ ｉ ｃ ａ ｌＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ； ｙ，Ｘｉ ２．Ｓｃｈｏｏ ｌｏ ｆＣ ｉ ｖ ｉ ｌＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇａｎｄＡｒ ｃｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕｒ ｅ，Ｘｉ ａｍｅｎＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｆＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ，Ｘｉ ａｍｅｎ３６１０２４，Ｃｈ ｉ ｎａ； ｙｏ ３．Ｓｃｈｏｏ ｌｏ ｆＭｅ ｃｈａｎ ｉ ｃ ｓａｎｄＣ ｉ ｖ ｉ ｌＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｃｈ ｉ ｎａＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｆＭｉ ｎ ｉ ｎｇａｎｄＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ （ Ｂｅ ｉ ｉ ｎｇ），Ｂｅ ｉ ｉ ｎｇ１０００８３，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｙｏ ｊ ｊ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｆｏ ｒｔ ｈｅｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄａｎｄｑｕａ ｒ ｔ ｚｓ ａｎｄｗｉ ｔ ｈｔ ｈｅｓ ａｍｅｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅａｎｄｇ ｒ ａｄａ ｔ ｉ ｏｎ，ｔ ｈｅｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｏ ｆ ｃ ｏｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｎｇｐ ｒ ｅ ｓ ｓｕ ｒ ｅｏｎｔ ｈｅｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅｓ ａｎｄ ｗａ ｓａｎａ ｌ ｚ ｅｄｂｙｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅｔ ｒ ｉ ａｘ ｉ ａ ｌ ｙｏ ｙ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｅ ｓ ｔａｎｄｍｉ ｘｅｄｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅｔ ｒ ｉ ａｘ ｉ ａ ｌｓｈｅ ａ ｒｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｅ ｓ ｔ，ｔ ｈｅｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅｏ ｆｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｖｏ ｌ ｕ  ｐｅ ｙｔ ｙｔ ｙｅ ｔ ｉ ｏｎｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒｏ ｆｍｉ ｘｅｄｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅｓ ａｎｄｗａ ｓｄ ｉ ｓ ｃｕｓ ｓ ｅｄｄｕ ｒ ｉ ｎｇｔ ｒ ｉ ａｘ ｉ ａ ｌｓｈｅ ａ ｒ．Ｔｈｅｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｏ ｆｔ ｒ ｉ ａｘ ｉ ａ ｌｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ  ｎ  ｔ ｅ ｓ ｔｓｈｏｗｔ ｈａ ｔｔ ｈｅｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄｄｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓｗｉ ｔ ｈｔ ｈｅｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅｏ ｆｃ ｏｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｎｇｐ ｒ ｅ ｓ ｓｕ ｒ ｅ，ａｎｄｉ ｙｔ ｙｏ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓｗｉ ｔ ｈｔ ｈｅｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅｏ ｆｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅ，ｗｈ ｉ ｃｈｉ ｓｓ ｉｍｉ ｌ ａ ｒｔ ｏｔ ｈａ ｔｏ ｆｑｕａ ｒ ｔ ｚｓ ａｎｄ，ｔ ｈｅｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔｏ ｆ ｙｃ ｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄｓｈｏｗｓａｇｏｏｄｅｘｐｏｎｅｎ ｔ ｉ ａ ｌｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓｈ ｉ ｔ ｈｃ ｏｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｎｇｐ ｒ ｅ ｓ ｓｕ ｒ ｅ．Ｔｈｅｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓ ｐ ｗｉ ｙｏ ｓ ａｎｄｉ ｓａｗｅ ｒｔ ｈａｎｔ ｈａ ｔｏ ｆｏ ｒ ｄ ｉ ｎａ ｒ ｒ ｔ ｚｓ ａｎｄ，ｔ ｈｅｓ ｅ ｅｐａｇｅｆ ｌ ｏｗｒ ａ ｔ ｅａｎｄｔ ｉｍｅｏ ｆｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄｓｈｏｗａｌ ｉ ｎｅ ａ ｒ ｙｑｕａ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓｈ ｉ ｒｇ ｉ ｖｅｎｃ ｏｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｎｇｐ ｒ ｅ ｓ ｓｕ ｒ ｅａｎｄｏ ｓｍｏ ｔ ｉ ｃｐ ｒ ｅ ｓ ｓｕ ｒ ｅ，ａｎｄｓ ｔ ｉ ｌ ｌｏｂｅｙ Ｄａ ｒ ｃｙ ′ｓｌ ａｗ．Ｔｈｅｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｏ ｆ ｐｕｎｄｅ ｈｅｄｅ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ａｘ ｉ ａ ｌｓｈｅ ａ ｒｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｅ ｓ ｔｓｈｏｗｔ ｈａ ｔｕｎｄｅ ｒｌ ｏｗｃ ｏｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｎｇｐ ｒ ｅ ｓ ｓｕ ｒ ｅ，ｔ ｙｔ 收稿日期： ２０１９ ０３ ２４ ? ? 通信作者： 蔡燕燕（ ｃ ａ ｉ＠ｈｑｕ． １９８２ Ｅ ｉ ｌ： ｅｄｕ． ｃｎ． ?），女，副教授，博士，主要从事岩土力学与基础工程的研究 ． ?ｍａ ｙｙ 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ ５１７７４１４７）；福建省自然科学基金资助项目（ ２０１７Ｊ ０１０９４）；华 侨 大 学 研 究 生 科研创新基金资助项目（ １７０１３０８６０２０） 第５期 廖仁国，等：钙质砂与石英砂渗透性差异对比试验 ６０１ ｆ ｒ ｏｍｓｈｅ ａ ｒｓｈｒ ｉ ｎｋａｇｅｔ ｏｄ ｉ ｌ ａ ｔ ａｎｃｙ，ａｎｄｔ ｈｅｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔｄｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓａ ｔｆ ｉ ｒ ｓ ｔａｎｄｔ ｈｅｎｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓｗｉ ｔ ｈｔ ｈｅ ｙｃ ｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅｏ ｆｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ．Ｔｈｅｄｅ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆｑｕａ ｒ ｔ ｚｓ ａｎｄａ ｒ ｅｓ ｉｍｉ ｌ ａ ｒｔ ｏｔ ｈｏ ｓ ｅｏ ｆｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄ，ｂｕ ｔ ｙｏ ｔ ｈｅｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅｉ ｓｏｂｖ ｉ ｏｕｓａ ｔｈ ｉ ｏｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｎｇｐ ｒ ｅ ｓ ｓｕ ｒ ｅ．Ｔｈｅｄｅ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄｉ ｓｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅｄｂｙ ｇｈｃ ｈｅｄｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅｏ ｆｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔｃｈａｎｇｅ ｓ ｓｈｅ ａ ｒｓｈｒ ｉ ｎｋａｇｅａｎｄａｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎａｍｏｕｎ ｔｏ ｆｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｂ ｒ ｅ ａｋａｇｅ，ａｎｄｔ ｙｃ ｆ ｒ ｏｍｆ ａ ｓ ｔｔ ｏｓ ｌ ｏｗ，ｔ ｏｓ ｔ ａｂ ｌ ｅ．Ｔｈｅｄｅ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆｑｕａ ｒ ｔ ｚｓ ａｎｄａ ｒ ｅｃ ｏｎｓ ｉ ｓ ｔ ｅｎ ｔｗｉ ｔ ｈｔ ｈｏ ｓ ｅｕｎｄｅ ｒ ｙｏ ｃ ｏｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｎｇｐ ｒ ｅ ｓ ｓｕ ｒ ｅ． ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔ；ｃ ｒ ｔ ｚｓ ａｎｄ 犓犲 狉 犱 狊： ｐｅ ｏｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｎｇｐ ｒ ｅ ｓ ｓｕ ｒ ｅ；ｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄ；ｑｕａ ｙｃ 狔狑狅 钙质砂主要是由海洋生物的残骸经过一系列复杂的物理、生物化学反应作用形成的沉积物，富含碳 酸盐，其 ＣａＣＯ３ 的质量分数高达９５％ ［１］，是一种特殊的岩土工程材料 ．钙质砂颗粒强度低、易破碎，单个 颗粒多棱角、形状不规则、含较多内孔隙 ．与一般陆源砂相比，其物理力学性质具有显著的差 异 ［２?３］．前人 对钙质砂的基本物理力学特性进行了许多研究 ．例如，桩在钙质砂地基中的承载特性 ［４］、液化特 性 ［５］、压 缩特性 ［６?９］、蠕变特性 ［１０?１１］、动力响应特性 ［１２］等 ．渗透性是土体的一 个重要性 质，渗 透性的好 坏一般 通过 渗透系数的大小进行辨别 ．钙质砂的渗透性受到其颗粒形状 ［１３?１４］、压 实度 ［１５?１６］、细 颗粒 质量分 数 ［１７］等的 影响 ．钱琨等 ［１８］通过钙质砂的级配和孔隙比，建立钙质砂的渗透计算模型 ．胡明鉴等 ［１７］考虑干密度和压 实度，建立渗透系数关系式 ．砂土渗透性在时间上也表现出一定的规律 ［１９］．开采地 下水引起 的地面 沉降 问题 与 砂 土层 压缩 变 形有着密切 的关系 ［２０］，渗 透特 性对其影 响较 大 ．钙质砂 作为 岛礁填筑 和海上 构筑 物的基础材料，经常会处于荷载、自重等产生的应力及地 下 水渗流 等相 互 作 用 产 生 的 复 杂 应 力 状 态 中， 但前人的研究并未考虑钙质砂实际应力状态对其渗透性的影响 ．本文通过三轴应力?应变渗 透测 试系统 对钙质砂和石英砂的三轴渗透特性和三轴剪切渗透特性进行对比研究 ． １ 试验部分 １． １ 试验材料 钙质砂取自南海某岛礁附近海域，自然风干后进行筛 分 试验 ．天 然 钙 质 砂 大 多 为 级 配 不 良 的 状 态， 为贴近实际情况，选取级配不良砂作为试样，其不均 匀系数 犆ｕ 为 ３． ９３，曲 率 系 数 犆ｃ 为 １． ０２，最 大 孔 隙 比为 １． ５０５，最小孔隙比为 ０． ８６０，比 重 为 ２． ７４．控 制 试 样 的 密 实 度 为 ８０％ ，孔 隙 比 为 ０． ９８９，干 密 度 为 １． ３８ｇ·ｃｍ－３ ．单一粒径组砂样均取自筛分试验中筛子上的余量，石英砂与钙质砂的颗粒级配相同 ． 钙质砂与石英砂的形貌特征对比 ［２１］，如图 １ 所示 ．由图 １ 可知：钙质砂颗 粒表 面含有丰 富的棱 角和 内孔隙，石英砂颗粒较圆润，没有内孔隙，故钙质砂与石英砂在力学和水理性质上存在较大的差异 ． （ ａ）钙质砂颗粒 （ ｂ）微观钙质砂颗粒 （ ｃ）石英砂颗粒 图 １ 钙质砂与石英砂的形貌特征对比 Ｆ ｉ １ Ｃｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｏ ｆｍｏ ｒ ｌ ｏｇｙｂｅ ｔｗｅ ｅｎｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄａｎｄｑｕａ ｒ ｔ ｚｓ ａｎｄ ｇ． ｐｈｏ １． ２ 试验仪器 试样尺寸直径为 ６１． ８ｍｍ，高为 １２５． ０ｍｍ，截面面积为 ３０００． ０ｍｍ２ ．采用 ＦＬＳＹ３０ １ 型全自动三 ? 轴渗透测试仪测量砂土的渗透系数，试验可施加的最大轴向荷载为 ３０ｋＮ． 与传统的方法相比， ＦＬＳＹ３０ １ 型全自动三轴渗透仪 具有 以 下 ２ 个 优 点： １）试 样 由 乳 胶 膜 包 裹，且 ? 施加一定的围压，可较好地控制试样侧壁止水； ２）试样的底部和顶部皆设置透水石，透水石 与圆 柱试样 的直径一致，可提高渗透系数的测量精度 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６０２ ２０１９ 年 １． ３ 试验方法 参照 ＧＢ／Ｔ５０１２３－１９９９《土工试验方法标准》［２２］，进行试验准备、试样安装、固结及渗 流试验 ．饱和 方式一般有水头饱和、通无气水、真空饱和及反压饱和 ．由于钙质砂饱和较困难，故按照预先控制的干密 度称取一定质量的试样，将试样五等分，逐层放入已贴有橡皮膜的承膜筒中，轻轻敲击承膜筒壁，每次以 相同的高度轻压试样，直至达到预定高度，以保证相同的密实 度，防 止 颗 粒 破 碎 ．取 出 承 膜 筒，将 试 样 依 次通 ＣＯ２ 、水头饱和、反压饱和 ．经检测，试样孔隙水压力增量与围压增量的比值（ 犅）可达 ０． ９５ 以上 ． 首先，在围压为 １００～５００ｋＰａ，渗透压为 ２０ｋＰａ的条件下，进行单粒径组的渗透试验 ．然后，在围压 为 １００～５００ｋＰａ，渗透压为 ２０ｋＰａ的条件下，进行预设级配的钙质砂与同级配石英砂的渗透试验，并在 围压为 ３００ｋＰａ，渗透压为 ２０ｋＰａ，偏应力为 １００～１１００ｋＰａ 的条件下，进行渗透试验 ．最后，在围压为 １００～３００ｋＰａ，渗透压为 ２０ｋＰａ 的条件下，进行三轴剪切渗透试验 ． ２ 三轴渗透试验结果与分析 ２． １ 围压、单粒径对钙质砂与石英砂渗透性的影响 钙质砂和石英砂的渗透系数（ 犽）与粒径（ 犾）的关系，如图 ２ 所 示 ．图 ２ 中： ａ）可知： σ３ 为围压 ．由 图 ２（ 随着围压的增加，各粒径组钙质砂的渗透系数均逐渐减小；在同一围压下，随着颗粒粒径的增加，渗透系 数的增幅逐渐减小 ．围压的增加使试样进一步固结、土体 积缩 小、原 生 孔 隙 被 压 缩，渗 透 系 数 降 低；粒 径 越小，颗粒压缩的越密实，固结程度 越 高 ．试 验 结 束 后 拆 样 发 现，不 同 于 较 大 颗 粒 粒 径 组 出 现 的 散 状 现 象， ０． １５～０． ３０ｍｍ 粒径组颗粒固结 成 一 个 圆 柱 体，造 成 渗 透 系 数 相 对 较 小 ．这 是 因 为 粒 径 越 大，颗 粒 外轮廓的棱角更加复杂，颗粒内部的孔隙更多，渗流路径更长，水流通过时的阻力更大，造成渗透系数增 长缓慢 ．由图 ２（ ｂ）可知：石英砂与钙质砂的渗透性相似，但在同一围压下，随着 粒径的 增加，石英 砂渗透 系数的增幅比钙质砂大 ．这是因为相较于具有丰富棱 角的钙 质砂颗 粒，石 英 砂 颗 粒 的 表 面 比 较 圆 润，且 没有内孔隙，在同等条件下形成的孔隙结构较为规则，过水通道得到改善，水流通过时的阻力较小，渗流 时间较短，渗流速度较快，渗透系数较大；粒径越大，颗粒表面越圆润，渗透系数的增幅也相对越大 ． （ ａ）钙质砂 （ ｂ）石英砂 图 ２ 钙质砂和石英砂的渗透系数与粒径的关系 Ｆ ｉ ２ Ｒｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓｈ ｉ ｔｗｅ ｅｎｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔａｎｄｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｓ ｉ ｚ ｅｏ ｆｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄａｎｄｑｕａ ｒ ｔ ｚｓ ａｎｄ ｇ． ｐｂｅ ｙｃ ２． ２ 同级配钙质砂和石英砂渗透性的比较 同级配钙质砂与石英砂的渗透系 数 与 围 压 的 关 系，如 图 ３ 所 示 ．由 图 ３ 可 知：随 着 围 压 增 加，石 英 砂、钙质砂的渗透系数逐渐减小；当围压从 １００ｋＰａ增至 ５００ｋＰａ时，其渗透系数的降幅分别为 ３６． ０％ ， ３９． ３％ ，两者降幅相差不大，但在同一围压下，钙质砂的渗透系数比石英砂小 ．这是因为钙质砂颗粒表面 粗糙、多棱角，颗粒内部含有复杂的孔隙结构，使渗流通 道变 得曲折，水 流 阻 力 较 大，导 致 钙 质 砂 的 渗 透 系数较小，透水性较差 ．相较于钙质砂，石英砂的颗粒表面形状较规则，孔隙结构也较规整，因此，普通石 英砂的渗透系数较大，透水性较好 ．单粒径钙质砂的渗透 系数基本 比混 合 粒 径 大 一 个 数 量 级，说 明 钙 质 砂的渗透性受到粒径的影响较大，可通过调整钙质砂的级配改善其渗透性 ． ２． ３ 偏应力与渗流量、时间的关系 钙质砂在围压为 ３００ｋＰａ，渗透压为 ２０ｋＰａ的条件下，进行三轴渗透试验，不同偏应力（ 狇）下的渗流 量（ 犞 ）与时间（ 狋）的关系，如图 ４ 所示 ．由图 ４ 可知：钙质砂的渗流量与时间具有良好的线性关系，其渗透 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 廖仁国，等：钙质砂与石英砂渗透性差异对比试验 ６０３ 性仍符合达西定律；随着偏应力的增加，渗流速度变缓，偏应力对钙质砂的渗透性产生阻碍作用 ． 图 ３ 钙质砂和石英砂渗透系数与围压的关系 图 ４ 不同偏应力下钙质砂的渗流量与时间的关系 Ｆ ｉ ３ Ｒｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓｈ ｉ ｔｗｅ ｅｎｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔａｎｄ ｇ． ｐｂｅ ｙｃ Ｆ ｉ ４ Ｒｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｃｕ ｒ ｖｅｂｅ ｔｗｅ ｅｎｓ ｅ ｅｐａｇｅｒ ａ ｔ ｅａｎｄｔ ｉｍｅｏ ｆ ｇ． ｃ ｏｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｎｇｐ ｒ ｅ ｓ ｓｕ ｒ ｅｏ ｆｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄａｎｄｑｕａ ｒ ｔ ｚｓ ａｎｄ ｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄｕｎｄｅ ｒｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｄｅ ｖ ｉ ａ ｔ ｏ ｒ ｉ ｃｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ３ 三轴剪切渗透试验结果与分析 ３． １ 应力?应变与渗透系数的关系 不同围压下，两种砂的应力?应变曲线，如图 ５ 所 示 ．图 ５ 中： ε１ 为 轴 向 应 变； εｖ 为 体 应 变 ．由 图 ５ 可 知：随着围压的增加，峰值强度逐渐增大，但石英砂的峰值强度比钙质砂略低，说明钙质砂的内摩擦角比 石英砂大 ．这是因为在同级配条件下，钙质砂颗粒表面的孔洞 较 多，孔 径 较 大，表 面 的 咬 合 程 度 较 高，相 应的粗糙度也越大 ． 不同围压下，两种砂的渗透系数?应变曲线，由图 ６ 所示 ．对比图 ５， ６ 可知：当围压 为 １００ｋＰａ 时，在 峰值强度前，钙质砂渗透系数随着偏应力的增加而下降，下降 速率 开 始 较 快，而 后 较 缓，在 峰 值 强 度 后， 偏应力有 所 降 低，但 渗 透 系 数 却 出 现 升 高；当 围 压 为 ２００， ３００ｋＰａ 时，钙 质 砂、石 英 砂 表 现 出 相 同 的 规 律，渗透系数均逐渐减小，下降速率先快后慢，最后趋于稳定 ． （ ａ）钙质砂 （ ｂ）石英砂 图 ５ 钙质砂、石英砂的应力?应变关系曲线 Ｆ ｉ ５ Ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓｈ ｉ ｒ ｖｅ ｓｏ ｆｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄａｎｄｑｕａ ｒ ｔ ｚｓ ａｎｄ ? ｇ． ｐｃｕ （ ａ）钙质砂 （ ｂ）石英砂 图 ６ 钙质砂、石英砂的渗透系数?应变关系曲线 Ｆ ｉ ６ Ｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓｈ ｉ ｒ ｖｅ ｓｏ ｆｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄａｎｄｑｕａ ｒ ｔ ｚｓ ａｎｄ ? ｇ． ｙｃ ｐｃｕ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． ６０４ 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ２０１９ 年 ３． ２ 应变与渗透系数的关系 由图 ５ 可 知：在 围 压 较 低 时，钙 质 砂、石 英 砂 的 变形规律都 为 先 剪 缩，后 剪 胀；在 围 压 较 高 时，钙 质 砂的变形规 律 只 表 现 为 剪 缩，石 英 砂 则 从 剪 缩 到 剪 胀；随着围压 的 增 加，钙 质 砂 颗 粒 重 排 列，进 而 被 压 碎，变形 特 性 发生变化，压缩性增大，塑性破坏 增 加， 软化特征将逐渐减弱，剪胀逐渐过渡到剪缩 ． 由图 ６ 可知：当围 压 较 低 时，试 样 的 剪 胀 作 用 占 （ ａ）１００ｋＰａ （ ｂ）２００ｋＰａ （ ｃ）３００ｋＰａ 据优势，出现明显的剪切带（图 ７），使 过 水通 道变宽， 图 ７ 不同围压下钙质砂试样的破坏 渗透系数变 大；当 围 压 较 高 时，开 始 时 试 样 被 压 缩， Ｆ ｉ ７ Ｆａ ｉ ｌ ｕ ｒ ｅｏ ｆｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄｓ ａｍｐ ｌ ｅ ｓ ｇ． 体积变小，渗透系数 下 降 的 幅 度 较 快，随 着 应 力 的 增 ｕｎｄｅ ｒｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｃ ｏｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｎｇｐ ｒ ｅ ｓ ｓｕ ｒ ｅ ｓ 加，试样逐渐变密，孔隙率逐渐减小，剪胀作用消失，颗粒 破 碎程 度 增 大，此 时，渗 透 系 数 变 化 速 率 较 慢， 但依然为减小的趋势；石英砂无论是在较高或较低围 压下，均是由 剪缩 到 剪 胀 的 过 程，且 主 要 以 剪 胀 作 用为主，渗透系数先下降，后升高 ． ４ 颗粒的破碎 三轴剪切渗透试验结束后，分别 对 钙 质 砂、石 英 砂 试 样 进 行 烘 干、筛 分 试 验，并 进 行 颗 粒 粒 度 的 分 析，忽略筛分试验过程中可能产生的少量砂子的损失及称质量时产生的误差 ． 钙质砂试验前、后颗粒的级配曲线，如图 ８ 所示 ．图 ８ 中： η 为小于某粒径钙质砂的质量分数 ．由 图 ８ 可知：当围压较低时，颗粒的破碎表现 得极不 明 显，大 粒 径并没有 发 生 破 碎，只 有 粒 径 小 于 ０． １５ ｍｍ 的 颗 粒 发 生极少量破碎，故钙质砂在较低围 压下 的 颗粒破 碎 不 是 引起渗透系数变 化 的 主 要 原 因；当 围 压 较 高 时，粒 径 小 于 ０． ３０ｍｍ 及粒径为 ０． ６０～１． １８ｍｍ 的颗粒均出现不 同程度的破碎，小颗粒数量增多，渗 透 路径曲 折，从 而 引 起渗透系数的变 化 ．石 英 砂 在 试 验 前、后 并 没 有 发 生 颗 粒破碎 ．因此，钙 质 砂 渗 透 系 数 的 变 化 是 由 变 形 特 性 和 颗粒破碎共同决定的，而石英砂渗透系 数 变化只 由 变 形 特性决定 ． 图 ８ 钙质砂试验前、后颗粒级配曲线 Ｆ ｉ ８ Ｇｒ ａｄａ ｔ ｉ ｏｎｃｕ ｒ ｖｅ ｓｏ ｆｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓｓ ｉ ｚ ｅｏ ｆ ｇ． ５ 结论 ｃ ａ ｌ ｃ ａ ｒ ｅ ｏｕｓｓ ａｎｄｂｅ ｆ ｏ ｒ ｅａｎｄａ ｆ ｔ ｅ ｒｔ ｅ ｓ ｔ ｓ 通过三轴渗透试验和三轴剪切渗透试验，对钙质砂、石英砂 的 渗 透 性 差 异 进 行 对 比 研 究，就 其 单 粒 径和混合粒径对渗透性的影响进行详细分析，得出以下 ４ 个结论 ． １）在三轴渗透试验中，钙质砂的粒径大 小 及 施 加 的 围 压 大 小 对 其 渗 透 性 有 一 定 影 响 ．在 粒 径 组 不 变的情况下，钙质砂的渗透性随着围压的增加而不断 地降低；在围 压不 变 的 情 况 下，钙 质 砂 的 渗 透 性 随 着粒径的增加而增加 ．石英砂的渗透性与钙质砂具有相似的规律 ． ２）在三轴渗透试验中，通过与同级配的 石 英 砂 渗 透 性 进 行 比 较，发 现 石 英 砂 的 渗 透 系 数 与 围 压 表 现为明显的线性关系，钙质砂的渗透系数与围压表现为明显的指数关系；同围压下石英砂的渗透系数比 钙质砂大 ．钙质砂表面不规整，颗粒内部含有复杂的孔隙，渗流 通道 曲 折 复 杂，水 流 阻 力 较 大，使 渗 透 系 数较小，渗透性比普通石英砂更差 ．在不同的偏应力作用下，钙质砂的渗透性依然服从达西定律，并随应 力的变化而变化 ． ３）在三轴剪切渗透试验中，随着围压的 增 加，钙 质 砂、石 英 砂 的 峰 值 强 度 逐 渐 增 大，且 钙 质 砂 的 内 摩擦角比石英砂大；在围压较低时，钙质砂的变形特性由剪缩到剪胀，石英砂的变形规律与之相同；在围 压较高时，钙质砂的变形特性表现为剪缩，而石英砂依然维持围压较低时的变形规律 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 廖仁国，等：钙质砂与石英砂渗透性差异对比试验 ６０５ ４）在三轴剪切渗透试验中，钙质砂在围压为 １００ｋＰａ 时的渗 透性与 围压 为 ２００， ３００ｋＰａ 时 有明显 的不同；而无论是较高或较低围压下，石英砂的渗透性均表现为相同的规律 ． 参考文献： ［ １］ 王新志 ．南沙群岛珊瑚礁工程地质特性及大型工程建设可行性研究［ Ｄ］．武汉：中国科学院研究生院（武汉岩土力学 研究所）， ２００８． ［ ２］ 朱长歧，陈海洋，孟庆山，等 ．钙质砂 颗 粒 内 孔 隙 的 结 构 特 征 分 析 ［ Ｊ］．岩 土 力 学， ２０１４， ３５（ ７）： １８３１?１８３６． ＤＯＩ： １０． １６２８５／ ｒ ｓｍ． ２０１４． ０７． ００５． ｊ． ［ ３］ 朱长歧，周斌，刘海峰 ．南海海滩岩的细观结构及其基本物理力学性质研究［ Ｊ］．岩 石 力 学 与 工 程 学 报， ２０１５， ３４（ ４）： ６８３ ６９３． ＤＯＩ： １０． １３７２２／ ｃｎｋ ｉ． ｒｍｅ． ２０１５． ０４． ００４． ? ｊ． ｊ ［ ４］ 秦月，孟庆山，汪稔，等 ．钙质砂地基 单 桩 承 载 特 性 模 型 试 验 研 究 ［ Ｊ］．岩 土 力 学， ２０１５， ３６（ ６）： １７１４?１７２０． ＤＯＩ： １０． ｒ ｓｍ． ２０１５． ０６． ０２５． １６２８５／ ｊ． ［ ５］ 孟庆山，秦月，汪稔 ．珊瑚礁钙质沉积物液化特 性 及 其 机 理 研 究［ Ｊ］．土 工 基 础， ２０１２， ２６（ １）： ２１ ２４． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ? ｊ． ３１５２． ２０１２． ０１． ００７． ｉ ｓ ｓｎ． １００４ ? ［ ｒ ｓｍ． ６］ 王新志，汪稔，孟 庆 山，等 ．钙 质 砂 室 内 载 荷 试 验 研 究 ［ Ｊ］．岩 土 力 学， ２００９， ３０（ １）： １４７?１５６． ＤＯＩ： １０． １６２８５／ ｊ． ２００９． ０１． ０３９． ［ ７］ 张家铭，蒋国盛，汪稔 ．颗粒破碎及剪 胀 对 钙 质 砂 抗 剪 强 度 影 响 研 究 ［ Ｊ］．岩 土 力 学， ２００９， ３０（ ７）： ２０４３?２０４８． ＤＯＩ： ｒ ｓｍ． ２００９． ０７． ０５６． １０． １６２８５／ ｊ． ［ ８］ ＺＨＡＮＧＢ， ＨＥＲＢＯＬＤＥＢ， ＨＯＭＥＬ Ｍ Ａ， 犲 狋犪 犾． ＤＥＭ ｐａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅｍｏｄｅ ｌ［ Ｒ］． Ｌ ｉ ｖｅ ｒｍｏ ｒ ｅ： Ｌａｗｒ ｅｎｃ ｅＬ ｉ ｖｅ ｒｍｏ ｒ ｅ Ｎａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＬａｂｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ２０１５． ｙ， ［ ９］ 王轶群 ．钙质砂宏细观力学特性试验及离散元模拟［ Ｄ］．杭州：浙江大学， ２０１６． ［ １０］ 叶剑红，曹梦，李刚 ．中国南海 吹 填 岛 礁 原 状 钙 质 砂 蠕 变 特 征 初 探 ［ Ｊ］．岩 土 力 学 与 工 程 学 报， ２０１９， ３８（ ６）： １２４２? ｃｎｋ ｉ． ｒｍｅ． ２０１８． ０６９５． １２５１． ＤＯＩ： １０． １３７２２／ ｊ． ｊ ［ １１］ 曹梦，叶剑红 ．中国南海钙质 砂 蠕 变?应 力?时 间 四 参 数 数 学 模 型 ［ Ｊ］．岩 土 力 学， ２０１９， ４０（ ５）： １７７１ ＤＯＩ： １０． ?１７７７． ｒ ｓｍ． ２０１８． １２６７． １６２８５／ ｊ． ［ １２］ 徐学勇，汪稔，王新，等 ．饱和钙质砂爆炸响应动力特性试验研究［ Ｊ］．岩 土 力 学， ２０１２， ３３（ １０）： ２９５３ ２９５９． ＤＯＩ： １０． ? １６２８５／ ｒ ｓｍ． ２０１２． １０． ００５． ｊ． ［ １３］ 任玉宾，王胤，杨 庆 ．颗 粒 级 配 与 形 状 对 钙 质 砂 渗 透 性 的 影 响 ［ Ｊ］．岩 土 力 学， ２０１８， ３９（ ２）： １?７． ＤＯＩ： １０． １６２８５／ ｊ． ｒ ｓｍ． ２０１６． ０２７７． ［ １４］ ＤＯＮＯＨＵＥＡ ＴＪ，ＷＥＮＳＲＩＣＨＢＣ Ｍ． Ｉｍｐ ｒ ｏｖ ｉ ｎｇｐｅ ｒｍｅ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｒ ｅｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏｎｆ ｏ ｒｆ ｉ ｂ ｒ ｏｕｓｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓｔ ｈｒ ｏｕｇｈａｎｕｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｙｐ ｉ ｎｖｅ ｓ ｔ ｉ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎ ｔ ｏｐｏ ｒ ｅｓ ｉ ｚ ｅａｎｄｐｏ ｒ ｅｃ ｏｎｎｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ Ｊ］． Ｐｏｗｄｅ ｒＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， ２００９， １９５（ １）： ５７?６２． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｇａ ｙ［ ｊ． ｅ ｃ． ２００９． ０５． ０１２． ｐｏｗｔ ［ １５］ 邵健伟，鲁程鹏，马克迪，等 ．压缩过 程 中 粗 粒 土 渗 透 性 变 化 的 试 验 分 析 ［ Ｊ］．水 资 源 与 水 工 程 学 报， ２０１６， ２７（ ６）， ｉ ｓ ｓｎ． １６７２ ２１７ ２２１． ＤＯＩ： １０． １１７０５／ ６４３Ｘ． ２０１６． ０６． ３９． ? ? ｊ． ［ １６］ 胡明鉴，蒋航海，朱长歧，等 ．钙质砂的渗透 特 性 及 其 影 响 因 素 探 讨 ［ Ｊ］．岩 土 力 学， ２０１７， ３８（ １０）： ２８９５ ２９００． ＤＯＩ： ? ｒ ｓｍ． ２０１７． １０． ０１６． １０． １６２８５／ ｊ． ［ １７］ 胡明鉴，崔翔，王 新 志，等 ．细 颗 粒 对 钙 质 砂 渗 透 性 的 影 响 试 验 研 究 ［ Ｊ］．岩 土 力 学， ２０１９， ４０（ ８）： １?６． ＤＯＩ： １０． ｒ ｓｍ． ２０１８． ０８４９． １６２８５／ ｊ． ［ １８］ 钱琨，王新志，陈剑文，等 ．南海岛礁 吹 填 钙 质 砂 渗 透 特 性 试 验 研 究 ［ Ｊ］．岩 土 力 学， ２０１７， ３８（ ６）： １５５７?１５６４． ＤＯＩ： １０． １６２８５／ ｒ ｓｍ． ２０１７． ０６． ００３． ｊ． ［ １９］ 王志兵，汪稔，胡明鉴，等 ．颗粒运移对蒋家沟土 体 渗 透 性 影 响 的 试 验 研 究［ Ｊ］．岩 土 力 学， ２０１１， ３２（ ７）： ２０１７ ２０２４． ? ｒ ｓｍ． ２０１１． ０７． ０１２． ＤＯＩ： １０． １６２８５／ ｊ． ［ ２０］ 王艳芳，蔡燕燕，蔡正银 ．饱和砂土蠕 变 特 性 实 验 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１７， ３８（ １）： ３１?３７． ＤＯＩ： １０． Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１７０１００６． １１８３０／ ? ［ ２１］ 张小燕，蔡燕燕，王振波，等 ．珊瑚砂高压力下一维蠕变分形破碎及颗粒形状分析［ Ｊ］．岩土力学， ２０１８， ３９（ ５）： １５７３ ? １５８０． ＤＯＩ： １０． １６２８５／ ｒ ｓｍ． ２０１７． ０７６３． ｊ． ［ ２２］ 中华人民共和国水利部 ．土工试验方法标准：ＧＢ／Ｔ５０１２３－１９９９［ Ｓ］．北京：中国计划出版社， １９９９． （责任编辑：钱筠 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：方德平） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１９０３０３１ ? 敌对心理对建筑工人不安全行为的影响 姚明亮，祁神军，张云波 （华侨大学 土木工程学院，福建 厦门 ３６１０２１） 摘要： 为了研究不良安全心理与建筑工人不安全行为之 间 的 关 系，采 用 基 于 症 状 自 评 量 表 的 建 筑 工 人 不 安 全行为量表展开问卷调查，识别建筑工人心理健康的显著影响因子 ．选取敌对心理，建立建筑工人不安全行为 的机理模型，并采用 ＳＰＳＳ， Ａｍｏ ｓ对模型进行拟合 ．结果表明：敌对心理 对 不 正 确 的 安 全 动 机 与 不 端 正 的 安 全 态度产生的正向影响分别为 ０． ２８， ０． １５；不正确的 安 全 动 机、不 端 正 的 安 全 态 度 对 项 目 级 安 全 氛 围 与 班 组 级 安全氛围的下降产生显著的正向影响，但前者的作用较大；班 组 级 安 全 氛 围 的 下 降 对 不 安 全 行 为 的 增 加 产 生 的正向影响为 ０． ９１． 关键词： 敌对心理；安全态度；安全动机；不安全行为 中图分类号： Ｘ９４７ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６０６ ０６ ? ? ? 犐 狀 犳 犾 狌 犲狀犮 犲狅 犳犎狅 狊 狋 犻 犾 犲犘狊 犮犺狅 犾 狅 狊 犪 犳 犲犅犲 犺犪 狏 犻 狅 狉 狔 犵 狔狅狀犝狀 狅 犳犆狅狀 狊 狋 狉 狌 犮 狋 犻 狅狀 犠狅 狉 犽犲 狉 狊 ＹＡＯ Ｍｉ ｎｇ ｌ ｉ ａｎｇ，ＱＩＳｈｅｎ ｕｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕｎｂｏ ｊ （ Ｓｃｈｏｏ ｌｏ ｆＣ ｉ ｖ ｉ ｌＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｙ，Ｘｉ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｉ ｎｏ ｒ ｄｅ ｒｔ ｏｓ ｔ ｕｄｙｔ ｈｅｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓｈ ｉ ｔｗｅ ｅｎｂａｄｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｃｈｏ ｌ ｏｇｙａｎｄｕｎｓ ａ ｆ ｅｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒｏ ｆｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ  ｐｂｅ ｙｐｓｙ ｓ ｔ ｉ ｏｎｎａ ｉ ｒ ｅｕｎｓ ａ ｆ ｅｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒｓｕ ｒ ｖｅｙｂａ ｓ ｅｄｏｎｓｙｍｐ ｔ ｏｍｃｈｅ ｃｋｌ ｉ ｓ ｔｗａ ｓｃ ｏｎｄｕｃ ｔ ｅｄｔ ｏｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｔ ｉ ｏｎｗｏ ｒ ｋｅ ｒ ｓ，ａｑｕｅ ｙ ｔ ｈｅｓ ｉ ｉ ｆ ｉ ｃ ａｎ ｔｉｍｐａ ｃ ｔｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓｏ ｆｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｗｏ ｒ ｋｅ ｒ ｓ ′ｍｅｎ ｔ ａ ｌｈｅ ａ ｌ ｔ ｈ．Ｔｈｅｈｏ ｓ ｔ ｉ ｌ ｅｐｓｙ ｃｈｏ ｌ ｏｇｙ ｗａ ｓｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅｄｔ ｏ ｇｎ ｅ ｓ ｔ ａｂ ｌ ｉ ｓｈｔ ｈｅｍｅ ｃｈａｎ ｉ ｓｍ ｍｏｄｅ ｌｏ ｆｔ ｈｅｕｎｓ ａ ｆ ｅｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒｏ ｆｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎ ｗｏ ｒ ｋｅ ｒ ｓ，ａｎｄｔ ｈｅ ｍｏｄｅ ｌｗａ ｓｆ ｉ ｔ ｔ ｅｄｂｙ ｓ ｔ ｉ ｌ ｅｐｓｙ ｃｈｏ ｌ ｏｇｙｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖｅｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓａ ｒ ｅ０． ２８ａｎｄ０． １５ｒ ｅ ｓｐｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅ ｌ ＳＰＳＳａｎｄＡｍｏ ｓ．Ｔｈｅｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｔ ｈａ ｔ：ｈｏ ｙｏｎ ｉ ｎｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｔ ｉ ｖｅ ｓａｎｄｕｎ ｕｓ ｔ ｉ ｆ ｉ ｅｄｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｔ ｔ ｉ ｔ ｕｄｅ ｓ；ｉ ｎｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｔ ｉ ｖｅ ｓａｎｄｕｎ ｕｓ ｔ ｉ ｆ ｉ ｅｄｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｔ ｔ ｉ  ｙ ｍｏ ｊ ｙａ ｙ ｍｏ ｊ ｙａ ｔ ｕｄｅ ｓｈａｖｅｓ ｉ ｉ ｆ ｉ ｃ ａｎ ｔｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖｅｉｍｐａ ｃ ｔｏｎｔ ｈｅｐ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ  ｌ ｅ ｖｅ ｌｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｔｍｏ ｓｐｈｅ ｒ ｅａｎｄｔ ｈｅｄｅ ｃ ｌ ｉ ｎｅｏ ｆｔ ｈｅｔ ｅ ａｍ ｌ ｅ ｖｅ ｌ ｇｎ ｊ ｙａ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｔｍｏ ｓｐｈｅ ｒ ｅ，ｂｕ ｔｔ ｈｅｆ ｏ ｒｍｅ ｒｉ ｓｍｏ ｒ ｅｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅｔ ｈａｎｔ ｈｅｌ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ；ｔ ｈｅｄｅ ｃ ｌ ｉ ｎｅｉ ｎｔ ｈｅｔ ｅ ａｍ ｌ ｅ ｖｅ ｌｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｔｍｏ ｓ  ｙａ ｙａ ｒ ｅｈａ ｓａｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖｅ０． ９１ｉｍｐａ ｃ ｔｏｎｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅｉ ｎｕｎｓ ａ ｆ ｅｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒ． ｐｈｅ 犓犲 狉 犱 狊： ｈｏ ｓ ｔ ｉ ｌ ｅｐｓｙ ｃｈｏ ｌ ｏｇｙ；ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｔ ｔ ｉ ｔ ｕｄｅ；ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｔ ｉ ｖｅ；ｕｎｓ ａ ｆ ｅｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒ ｙａ ｙ ｍｏ 狔狑狅 据住房和城乡建设部的数据显示， ２０１２－２０１８ 年，我国房屋市政工程生产安全事 故总次数 为 ３９０５ 次，死亡人数达到 ４７３２ 人，年均建筑安全 事 故 数 达 到 ５６５ 次，年 均 死 亡 人 数 ６８４ 人 ．显 然，我 国 建 筑 安 全形势依然严峻 ．安全事故的主要 原 因 在 于 建 筑 工 人 不 安 全 行 为 受 自 身 不 良 心 理 状 态 的 影 响 ［１］，如 敌 对、抑郁、焦虑等 ［２］，尤其是敌对心理 ．因此，有必要对建筑工 人 的 敌 对 心 理 与 不 安 全 行 为 的 关 系 进 行 分 析，提出干预措施，预防不必要的安全事故 ．相关学者已对建筑工人的安全心理与安全氛围、事故致因间 的关系展开研究 ［３?８］．研究表明，建筑工人安全心理疏导对安全行为水平的提升尤为重要 ．尽管相 关研究 收稿日期： ２０１９ ０３ １４ ? ? 通信作者： 祁神军（ １９８２ Ｅ ｉ ｌ： ｉ ｓ ９７２＠１６３． ｃ ｏｍ． ?），男，副教授，博士，主要从事建筑安全的研究 ． ?ｍａ ｑ ｊ 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ ７１３０３０８２）；福建省软科学 科 技 计 划 项 目（ ２０１９Ｒ００５６）；华 侨 大 学 研 究 生 科 研创新能力培育计划资助项目（ １７０１３０８６０４８） 第５期 姚明亮，等：敌对心理对建筑工人不安全行为的影响 ６０７ 已对不良心理和不安全行为影响因子的关系进行探讨 ［３?４，６］，但未深入至具体的某一类不良心理 ．虽然文 献［ ８］采用症状自评量表（ ＳＣＬ ９０）对 建 筑 工 人 的 心 理 展 开 评 估 和 研 究，并 构 建 敌 对 因 子 与 安 全 胜 任 能 ? 力的结构模型，但未结合不安全行 为 的 影 响 因 素 展 开 研 究 ．鉴 于 此，本 文 引 入 ＳＣＬ? ９０ 对 建 筑 工 人 进 行 心理评估，将敌对心理作为不良心理中的关键指标 ［９］，将安全动机、安全态度、安全氛围作为典型的中介 变量，分析其对建筑工人不安全行为的结构关系，从安全心理的视角提出预防建筑工人不安全行为的干 预措施 ． １ 理论框架 １． １ 敌对心理 敌对是个体之间的矛盾发展到不能容忍的程度而产 生的仇 恨和 对 立，是 个 体 表 现 出 的 一 种 心 理 防 御状态 ．敌对心理是一种有害于身心健康的心态，通常由 于 个体受 到轻 视 与 指 责、对 事 物 产 生 厌 倦 和 不 满后所致 ． 建筑工人普遍存在工作强度高、集 体 存 在 感 低、对 事 物 容 易 产 生 厌 倦、精 神 状 态 较 差 等 特 点 ［１０］，易 滋生敌对心理 ．由于建筑工人文化水平较低，自身情绪的控制能力差，导致行为容易受自身不良心理（敌 对、焦虑、抑 郁等）的 影 响 ［１１］，进而导 致不安 全 行为 的发生 ．敌对 心理的 测量可 采用 症状自 评量表 展 开， 如曹树楠 ［８］、叶有清 ［１２］通过症状自评量表，对建筑工人的心理健 康状态 进行测 量，发 现敌 对、焦 虑、抑郁 等常量较大 ［１３］．因此，采用症状自评量表对建筑工人的敌对心理进行测量，研究其 对建筑工 人不安 全行 为的影响机理 ． １． ２ 不安全行为的影响因素 不安全行为是导致安全事故的重要原因，且不安全行为通常受个体心理影响 ．根据课题组前期的研 究 ［１４］，建筑工 人 不安全 行为是 建筑工人在 施工中可能造成 安全事 故 的某 种行为 过失，可选 取危 险机械 施工、心理情绪不稳定、施工机械操 作 失 误、作 业 环 境 影 响 等 作 为 不 安 全 行 为 的 观 测 变 量；选 取 敌 对 心 理、安全氛围、安全态度、安全动机作为不安全行为的影响因素 ．建筑工人不安全行为影响因子的测量指 标，如表 １ 所示 ． 表 １ 建筑工人不安全行为影响因子的测量指标 Ｔａｂ． １ Ｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｍｅｎ ｔｉ ｎｄｅｘｅ ｓｏ ｆｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓｏ ｆｕｎｓ ａ ｆ ｅｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒｏ ｆｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｗｏ ｒ ｋｅ ｒ ｓ 一级指标 敌对心理 （ ｈｐ） 项目级安全氛围 （ ｌ ａ） ｐ 班组级安全氛围 （ ｔ ｌ ａ） 二级指标 指标基本含义 ｈｐ１ 容易烦恼和激动 ｈｐ２ 自己不能控制地在发脾气 ｈｐ３ 有想打人或伤害他人的冲动 ｈｐ４ 有想摔坏或破坏东西的冲动 ｈｐ５ 经常与人争论 ｈｐ６ 大叫或摔东西 ｌ ａ １ ｐ 二级指标 指标基本含义 ｐｓｍ１ 从众动机（同事都这样做） ｐｓｍ２ 投机动机（不会在 自己身上发生） ｐｓｍ３ 习惯动机（一直形成的习惯） ｐｓｍ４ 侥幸动机（可能发生， 但不会那么巧） 班组长安全管理能力差， 不重视安全技能培养 ｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒ １ 操作失控导致的 不安全行为 ｌ ａ ２ ｐ 班组成员缺乏安全技能与 安全经验的沟通交流 ｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒ ２ 赌气、情绪不稳导致的 不安全行为 ｌ ａ ３ ｐ 班组长及成员对 安全不重视 ｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒ ３ 安全知识缺乏引起 不安全行为 ｌ ａ ４ ｐ 班组人际关系不和谐 企业、项目部及班组的 干扰导致的不安全行为 ｔ ｌ ａ １ 项目部的安全概况差 （缺乏安全管理制度） ｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒ ４ ｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒ ５ 施工机械干扰导致的 不安全行为 ｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒ ６ 不利的施工环境和自然 环境导致的不安全行为 ｔ ｌ ａ ２ 项目部的安全经验交流会、 安全例会的执行情况差 ｔ ｌ ａ ３ 项目部的安全人员配备不足 ｔ ｌ ａ ４ 项目部提供的 安全防护设备不足 一级指标 安全动机 （ ｐｓｍ） 不安全行为 （ ｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒ） 安全态度 （ ｓ ａ） 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． ｓ ａ １ 安全意识缺乏 ｓ ａ ２ 安全责任心缺乏 ６０８ 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ２０１９ 年 １． ３ 理论假设 从不良安全心理的角度看，不良安 全 心 理 的 滋 生 一 方 面 导 致 建 筑 工 人 形 成 不 正 确 的 安 全 动 机 ［１５］； 另一方面，导致建筑工人形成不端正的安全态度 ［８］．因此，提出假设 Ｈ１）敌对心理对建筑工 人不 正确的 安全动机产生正向影响； Ｈ２）敌对心 理 对 建 筑 工 人 不 端 正 的 安 全 态 度 产 生 正 向 影 响 ．不 正 确 的 安 全 动 机会导致建筑施工现场组织安全氛围的降低 ［１６］，导致不安全行为的产生；同时，不 端正的安 全态度 也会 导致项目级安全氛围和班组级安全氛围的下降 ［１］，滋生安全事故 ．因此，假设 Ｈ３）不正确的 安全 动机对 项目级安全氛围的下降产生 正 向 影 响；Ｈ４）不 正 确 的 安 全 动 机 对 班 组 级 安 全 氛 围 的 下 降 产 生 正 向 影 响； Ｈ５）不端正的安全态度对项目级安全氛围的下降产生正向影响；Ｈ６）不端正的安全态度对班组级 安全氛围的下降 产 生 正 向 影 响 ．项 目 级 的 安 全 氛 围 水 平会直接影响班组 级 的 安 全 氛 围 水 平 ［１７］，且 班 组 级 安 全氛 围 水 平 对 建 筑 工 人 不 安 全 行 为 的 影 响 更 为 显 著 ［４］．因此，假设 Ｈ７）项 目 级 安 全 氛 围 的 下 降 对 班 组 级安全氛围的下降产 生 正 向 影 响；Ｈ８）班 组 级 安 全 氛 围的下降 对 建 筑 工 人 不 安 全 行 为 的 增 加 产 生 正 向 影 响 ．基于上述理论假设，建立敌 对心 理 对建筑 工人不安 全行为的机理模型，如图 １ 所示 ． 图 １ 敌对心理对建筑工人不安全行为的机理模型 ２ 数据分析与模型建立 Ｆ ｉ １ Ｍｅ ｃｈａｎ ｉ ｓｍ ｍｏｄｅ ｌｏ ｆｈｏ ｓ ｔ ｉ ｌ ｅｐｓｙ ｃｈｏ ｌ ｏｇｙｆ ｏ ｒ ｇ． ｕｎｓ ａ ｆ ｅｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒｏ ｆｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｗｏ ｒ ｋｅ ｒ ｓ ２． １ 问卷设计及调研对象 结合 ＳＣＬ? ９０ 和建筑工人不安全行为发生的基本假设，采用 Ｌ ｉ ｋｅ ｒ ｔ５ 级量表 设计 调研问 卷 ．问卷分 为 ３ 个部分，第 １ 部分是由 ＳＣＬ ９０ 构成的建筑工人安全心理评估表；第 ２ 部分是 由建筑工 人不安 全行 ? 为影响因子组成的测量量表；第 ３ 部分是建筑工人的基本信息 ． 通过问卷调查法，对厦门、漳州、晋江 及 福 州 等 地 区 １０ 多 个 工 地 的 工 人 展 开 调 研 ．共 发 放 问 卷 ３３０ 份，回收有效问卷 ２７８ 份，有效回收率为 ８４． ２４％．调研 对 象 中，男 性 建 筑 工 人 占 比 为 ８３． ８％ ，女 性 建 筑 工人占比为 １６． ２％ ；初中学历最多，占 比 为 ３６． ０％ ，高 中 以 上 学 历 占 比 为 ５４． ６％ ；钢 筋 工、木 工 与 泥 水 工总占比 最 多，为 ４３． ５％．由问卷数 据可知，男性 与女 性 建筑工 人分布较为 合理，学历分 布符 合 建 筑 工 地特征，工种涉及较为全面 ．因此，调研对象具有一定的代表性 ． ２． ２ 问卷数据信度与效度分析 通过 ＳＰＳＳ２１． ０ 对调研数据进行分析，可知： ＳＣＬ? ９０ 中的敌对因子、安全动机、安全态度、项目级安 全氛围、班组级安全氛围、不安全行为、总体数据的 Ｃｒ ｏｎｂａ ｃｈ ′ ｓα 值分别为 ０． ８１５， ０． ７８８， ０． ７００， ０． ８２１， ０． ８１２， ０． ８４７， ０． ９０１，均大于 ０． ７００，部分 达 到 ０． ８００ 以 上，信 度 符 合 要 求； ＳＣＬ? ９０ 中 的 敌 对 因 子、安 全 动机、安全态度、项目级安全氛围、班 组 级 安 全 氛 围、不 安 全 行 为 及 总 体 数 据 的 ＫＭＯ 值 分 别 为 ０． ８３８， ０． ７６８， ０． ５００， ０． ８００， ０． ８００， ０． ８６６， ０． ９０２，基本大于 ０． ８００，效度符合要求 ． ２． ３ 犛犆犔  ９０ 的因子提取 ［ ］ 对 ＳＣＬ ９０ 第 １ 部分的数据进行分析，并与全国常模 １８ 的基准值进行对比，结果如表 ２ 所示 ．表 ２ ? 中： 狓 狊 为 标 准 差 ．由 表 ２ 可 知：敌 对 珚 为均值； 与偏执对建 筑 工 人 的 心 理 影 响 较 为 显 著 ．因 表 ２ 建筑工人 ＳＣＬ ９０ 得分与全国常模的比较 ? 此，基于上述基本结果和理论分析，将敌对心 ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｗｏ ｒ ｋｅ ｒ ｓｗｉ ｔ ｈｎａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌｎｏ ｒｍｓ 理作为关键 的 心 理 指 标，建 立 其 与 建 筑 工 人 不安全行为的结构方程模型 ． ２． ４ 不同类型建筑工人的敌对心理状况 １）性别差异对比 ．通过对男 性与女 性 建 Ｔａｂ． ２ Ｃｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｏ ｆＳＣＬ ９０ｓ ｃ ｏ ｒ ｅ ｓｏ ｆ ? 症状因子 狓 珚±狊 犘 调研对象 全国常模 敌对 １． ７４±０． ９６ １． ４８±０． ５６ ００１ ＜０． 偏执 １． ７０±０． ９６ １． ４３±０． ５７ ００１ ＜０． 筑工人的敌对因子得分进行统计，并与调研对象得分及全国 常模 基准 值 进 行 对 比，结 果 如 表 ３ 所 示 ．由 表 ３ 可知：女性建筑工人的敌对因子得分远大于调研对象值和全国常模基准值；而男性建筑工人敌对因 子的得分则相对较低 ．因此，应重点关注女性建筑工人的心理健康状况，对她们积极地开展心理辅导 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 姚明亮，等：敌对心理对建筑工人不安全行为的影响 ６０９ 表 ３ 男性与女性建筑工人敌对因子的比较 ２）年龄差异对比 ．将建筑 工 人 分 为 １８～３０ 岁、 ３１～４０ 岁、 ４１～５０ 岁及 Ｔａｂ． ３ Ｃｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｏ ｆｈｏ ｓ ｔ ｉ ｌ ｅｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓｂｅ ｔｗｅ ｅｎｍａ ｌ ｅ ａｎｄｆ ｅｍａ ｌ ｅｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｗｏ ｒ ｋｅ ｒ ｓ ５１～６５ 岁 ４ 个 年 龄 段，对 各 年 龄 段 的 敌对因子 得 分 进 行 统 计，并 与 调 研 对 狓 珚±狊 症状因子 象得分和 全 国 常 模 基 准 值 进 行 对 比， 敌对 结果如表 ４ 所示 ． 男性 女性 调研对象 全国常模 １． ６９±０． ９５７ １． ８２±１． ００９ １． ７４±０． ９６０ １． ４８±０． ５６０ 表 ４ 不同年龄段的建筑工人敌对因子的比较 Ｔａｂ． ４ Ｃｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｏ ｆｈｏ ｓ ｔ ｉ ｌ ｅｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓｏ ｆｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｗｏ ｒ ｋｅ ｒ ｓｏ ｆｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔａｇｅ ｓ 症状因子 敌对 狓 珚±狊 １８～３０ 岁 ３１～４０ 岁 ４１～５０ 岁 ５１～６５ 岁 调研对象 全国常模 １． ７４±０． ９１０ １． ６２±０． ９９０ １． ６８±０． ９５８ １． ８±１． １５０ １． ７４±０． ９６０ １． ４８±０． ５６０ 由表 ４ 可知： ５１～６５ 岁的建筑工人 的 敌 对 因 子 得 分 远 远 大 于 调 研 对 象 值 和 全 国 常 模 基 准 值； １８～ ３０ 岁的建筑工 人 得 分基本和 调研对 象得 分 持平，且大于全国 常模基 准值 ．因此，应重 点关注 ５１～６５ 岁 的建筑工人的心理健康状况，提高其心理水平；加强 １８～３０ 岁年龄段的建筑工人的心理辅导，提高安全 行为水平 ． ２． ５ 机理模型的构建与拟合 通过 Ａｍｏ ｓ软件对假设模型进行拟合，得到拟合度较好的模型，具体拟合指数，如表 ５ 所示 ． 表 ５ 模型修正后的拟合指数 Ｔａｂ． ５ Ｒｅ ｖ ｉ ｓ ｅｄｍｏｄｅ ｌｆ ｉ ｔ ｔ ｅｄｉ ｎｄｅｘ 指标 数值 ２ ｆ χ ／ｄ １． ３６８ ＧＦＩ ＡＧＦＩ ＴＬＩ ＣＦＩ ＩＦＩ ＰＧＦＩ ０． ９０７ ０． ８８２ ０． ９６１ ０． ９６７ ０． ９６７ ０． ７１３ 表 ６ 修正后模型运行结果表 由 表 ５ 可 知：卡 方 与 自 由 度 之 比 χ２／ｄ ｆ Ｔａｂ． ６ Ｌ ｉ ｓ ｔｏ ｆｒ ｅ ｖ ｉ ｓ ｅｄｍｏｄｅ ｌｏｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓ 为 １． ３６８，介 于 １～３，模 型 的 拟 合 度 良 好；简 约指数 ＰＧＦＩ 为 ０． ７１３，大 于 ０． ５００，符 合 要 指标 求；适配度指数 ＧＦＩ与 ＡＧＦＩ分别为 ０． ９０７， ｐｓｍ ← ｈｐ ０． ２８  Ｈ１ 支持 ０． ８８２，模型的 适 配 度 良 好；非 规 范 拟 合 指 数 ＴＬＩ，比 较 拟 合 指 数 ＣＦＩ，递 减 拟 合 指 数 ＩＦＩ ｓ ａ ← ｈｐ ０． １５ ０． ０３９ Ｈ２ 支持 ｌ ａ ｐ ← ｐｓｍ ０． １４ ０． ０２３ Ｈ３ 支持 ｔ ｌ ａ ← ｐｓｍ ０． １２ ０． ００７ Ｈ４ 支持 分别为 ０． ９６１， ０． ９６７， ０． ９６７，接 近 １，拟 合 效 ｌ ａ ｐ ａ ←ｓ ０． ７７  Ｈ５ 支持 果较好 ．综上可知，模型具有较好的拟合性 ． ｔ ｌ ａ ａ ←ｓ ０． ６６  Ｈ６ 支持 模型中各观测变量的传递路径及修正后 ｔ ｌ ａ ｌ ａ ←ｐ ０． ３１ ０． ００３ Ｈ７ 支持 ｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒ ｌ ａ ←ｔ ０． ９１  Ｈ８ 支持 的路径系数，如 表 ６ 所 示 ．表 ６ 中：   表 传递路径 标准化系数 犘 原假设 是否支持假设 示 犘＜０． ００１．敌对心理对建筑工人不安全行为的发 生机 理，如图 ２ 所 示 ．表 ２ 中： 犲１～犲３２ 为 残 差，即 实 际观察值与估计值（拟合值）之间的差值；残差间的数值为路径系数，表示残差项之间的相关性 ． 图 ２ 敌对心理对建筑工人不安全行为的发生机理 Ｆ ｉ ２ Ｍｅ ｃｈａｎ ｉ ｓｍｏ ｆｈｏ ｓ ｔ ｉ ｌ ｅｐｓｙ ｃｈｏ ｌ ｏｇｙｏｎｕｎｓ ａ ｆ ｅｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒｏ ｆｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｗｏ ｒ ｋｅ ｒ ｓ ｇ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． ６１０ 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ２０１９ 年 ３ 模型结果分析及预防策略 ３． １ 敌对心理对不安全行为的传递路径 通过对上述模型的验证与分析，可得以下 ４ 条 传 递 路 径： １）敌 对 心 理 → 安 全 动 机 → 项 目 级 安 全 氛 围 → 班组级安全氛围 → 不安全行为； ２）敌对心理 → 安全动机 → 班 组级安 全氛 围 → 不 安全行 为； ３）敌对 心理 → 安全态度 → 项目级安全氛围 → 班组级安全氛围 → 不安全行为； ４）敌对心理 → 安全态 度 → 班组级 安全氛围 → 不安全行为 ．由 ４ 条传递路径及路径系数可知以下 ３ 点结论 ． １）敌对心理对安全动机和安全态度的影响显著 ．敌对心理对不正确的安全动 机与不端 正的安 全态 度产生的正向影响分别为 ０． ２８， ０． １５，说明敌对心理对自身安全动机 与安全 态度产生 不利影 响，应从建 筑工人心理健康层面提出预防不安全行为的有效措施 ． ２）敌对心理对班组级的影响小于项目 级，且 安 全 态 度 所 起 的 中 介 作 用 明 显 比 安 全 动 机 更 为 显 著 ． 由于敌对心理的影响，不正确的安全动机直接对项目级 与班 组级安 全氛围 的 降 低 产 生 的 正 向 影 响 分 别 为 ０． １４， ０． １２，不端正安全态度对项目级与班组级安 全氛围的 降 低 产 生 的 正 向 影 响 分 别 为 ０． ７７， ０． ６６， 说明安全动机与安全态度对项目级安全氛围的影响 大于 班组 级 安全 氛围，项 目 部 应 经 常 进 行 安 全 教 育 与培训，形成良好的安全氛围，自上而下地影响各班组，最终使各班组形成良好的安全氛围；安全态度所 产生的中介作用大于安全动机，应重点关注建筑工人安全态度转变问题，提出有效的预防措施 ． ３）班组级安全氛围的建设能极大地预防 不 安 全 行 为 的 发 生 ．由 于 敌 对 心 理 的 影 响，班 组 级 安 全 氛 围的下降对不安全行为的增加产生的正向影响为 ０． ９１，说明良好的班 组级安 全氛 围的建设 可以极 大地 减少建筑工人不安全行为的发生概 率，应 加 强 班 组 级 安 全 氛 围 的 建 设，对 建 筑 工 人 产 生 潜 移 默 化 的 影 响，进而提高施工现场的安全水平 ． ３． ２ 建筑工人不安全行为的预防策略 由路径分析结果可知：敌对心理对建筑工人的安全动机与安全态度产生不利影响，进一步导致不安 全行为的发生，应对建筑工人展开心理辅导，积极引导建 筑 工人保 持良 好 的 心 理 健 康 状 态；安 全 态 度 对 项目级与班组级安全氛围产生的影响大于安全动机，应积极端正建筑工人的安全态度；班组级安全氛围 对不安全行为的影响的路径系数最大，应从心理层面大力建设班组级的安全氛围，进而减少不安全行为 的发生概率 ． ３． ２． １ 对 建 筑 工人 展 开心理辅导 项目部及 班 组可 定期 采用 ＳＣＬ? ９０ 对 建筑工人 心理健 康 情 况 展 开 评估，全方位了解建筑工人的心理健康状况 ．对出现心理 问 题的建 筑工 人，尤 其 应 对 受 敌 对 心 理 影 响 较 大的女性建筑工人及 ５１～６５ 岁的建筑工人进行心理 辅导 ．心理辅 导以 班 组 为 基 本 单 位，通 过 专 业 的 心 理咨询师进行辅导；定期组织建筑工人展开素质拓展（徒步、爬山等）和团体娱乐活动（文娱晚会、运动会 等），让建筑工人身心保持愉悦和健康状态，更有助于 心理辅 导，进 而提 高 建 筑 工 人 安 全 心 理 水 平，形 成 正确的安全动机和端正的安全态度 ． ３． ２． ２ 端正建筑工人的安全态度 项目部及班组应加强对建筑工人的安全教育与培训 ．日常技术交底 与安全交底应触碰建筑工人的内心，讲解不安全行为的危害与发生安全事故对家庭、他人和社会造成的 后果，借助不安全行为与安全事故的相关视频，让建筑工 人 对不安 全行 为 与 安 全 事 故 产 生 敬 畏 心 理，从 建筑工人的内心深处对其自身安全态度的正确转变产生积极效应 ． ３． ２． ３ 从心理层面提高班组级安全氛围 项目部应大力弘扬安全生产文化与安全生产的重要性，从项 目部层面形成良好的安全氛围，削弱敌对心理对建筑工人的不利影响，自上而下地对班组成员的安全心 理产生积极影响，促进安全氛围的形成 ．针对女性建筑工人及 ５１～６５ 岁的建筑工人，重点开展安全氛围 建设工作，创建积极活跃的班组级安全氛围，间接地改变他们的心理状态，削弱敌对心理对他们的影响 ． 各班组挑选安全习惯与安全作风良好的建筑工人，将其树立为标杆，使建筑工人内心时刻感受到良好安 全氛围的存在，提高班组安全氛围，减少不安全行为的发生概率 ． ４ 结论 １）敌对心理对建筑工人不正确的安全动机与不端正的安全态度均产生显著的正 向影 响，其 路径系 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 姚明亮，等：敌对心理对建筑工人不安全行为的影响 ６１１ 数分别为 ０． ２８， ０． １５． ２）建筑工人不正确的安全动机对项目级和班组级安全氛围产生的正向影响分别为 ０． １４， ０． １２． ３）建筑工人不端正的安全态度对项目级和班组级安全氛围产生的正向影响分别为 ０． ７７， ０． ６６． ４）安全态度和安全动机对项目级安全氛围的影响大于班组级，且安全态度的影响作用更显著 ． ５）班组级安全氛围的下降对建筑工人不安全行为的增加产生显著的正向影响，路径系数为 ０． ９１． 后续的研究将进一步分析敌对与偏执等显著影响因子的共同影响，也可进一步综合考虑情绪、躯体 行为等对建筑工人不安全行为的影响 ． 参考文献： ［ １］ 姜沁瑶，李洁，程盼盼 ．建筑工人安全意识影响因素调查［ Ｊ］．安全与环境学报， ２０１６， １６（ ６）： １６９ １７４． ? ［ ２］ 家晓余，刘丽琼，陈群林，等 ．海口市建筑农民工心理健康状况调查［ Ｊ］．中国健康心理学杂志， ２０１１， １９（ ６）： ６８６ ６８８． ? ［ ３］ ＬＯＯＳＥＭＯＲＥ Ｍ，ＭＡＬＯＵＦ Ｎ． Ｓａ ｆ ｅ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｉ ｎｇａｎｄｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖｅｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｔ ｔ ｉ ｔ ｕｄｅｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎｔ ｈｅＡｕｓ ｔ ｒ ａ ｌ ｉ ａｎｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎ ｙｔ ｙａ ｓ ｓ ｃ ｉ． ２０１８． １１． ０２９． ｉ ｎｄｕｓ ｔ ｒ Ｊ］． Ｓａ ｆ ｅ ｔ ｉ ｅｎｃ ｅ， ２０１９， １１３： ２３３ ２４３． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ? ｊ． ｙ［ ｙＳｃ ［ ４］ ＣＨＥＮ Ｙｕ ｔ ｉ ｎｇ，ＭＣＣＡＢＥＢ， ＨＹＡＴＴＤ． Ｉｍｐａ ｃ ｔｏ ｆｉ ｎｄ ｉ ｖ ｉ ｄｕａ ｌｒ ｅ ｓ ｉ ｌ ｉ ｅｎｃ ｅａｎｄｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｌ ｉｍａ ｔ ｅｏｎｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｒ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅａｎｄ ｙｃ ｙｐｅ ｃｈｏ ｌ ｏｇ ｉ ｃ ａ ｌｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓｏ ｆｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｗｏ ｒ ｋｅ ｒ ｓ：Ａｃ ａ ｓ ｅｓ ｔ ｕｄｙｏ ｆｔ ｈｅｏｎ ｔ ａ ｒ ｉ ｏｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎｄｕｓ ｔ ｒ Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＳａ ｆ ｅ ｔ ｐｓｙ ｙ［ ｙ ２０１７， ６１： １６７ １７６． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｓ ｒ． ２０１７． ０２． ０１４． Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈ， ? ｊ． ｊ ［ ５］ ＧＵＯ Ｈｏｎｇ ｌ ｉ ｎｇ，ＹＵ Ｙａｎ ｔ ａｏ，ＸＩＡＮＧ Ｔｉ ａｎ， 犲 狋犪 犾．Ｔｈｅａｖａ ｉ ｌ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆｗｅ ａ ｒ ａｂ ｌ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ｅｄ ｐｈｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌｄａ ｔ ａｆ ｏ ｒｔ ｈｅ ?ｄｅ ?ｂａ ｙｏ ｏｍｔ ｈｅｐｅ ｒ ｓｐｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅｏ ｆｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｔ［ Ｊ］． ｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｍｅｎ ｔｏ ｆｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｗｏ ｒ ｋｅ ｒ ｓ ′ｐｓｙ ｃｈｏ ｌ ｏｇ ｉ ｃ ａ ｌｓ ｔ ａ ｔ ｕｓｏｎｓ ｉ ｔ ｅ：Ｆｒ ｙｍａｎａｇｅｍｅｎ ａｕ ｔ ｃ ｏｎ． ２０１７． ０６． ００１． Ａｕ ｔ ｏｍａ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎＣｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎ， ２０１７， ８２： ２０７ ２１７． ＤＯ： １０． １０１６／ ? ｊ． ［ ６］ 刘浩燃，陈绍清，刘光才，等 ．基于模糊数学的建筑工人安全心理评估技术研究［ Ｊ］．中 国 安 全 生 产 科 学 技 术， ２０１３， ９ （ ６）： ９１ ９５． ＤＯＩ： １０． １１７３１／ ｉ ｓ ｓｎ． １６７３ １９３ｘ． ２０１３． ０６． ０１７． ? ? ｊ． ［ ７］ 廖传景，徐华炳，毛华 配，等 ．建 筑 业 农 民 工 健 康 状 况 及 保 护 因 素 研 究 ［ Ｊ］．西 南 大 学 学 报 （社 会 科 学 版 ）， ２０１６， ４２ （ ３）： １１０ １１６． ＤＯＩ： １０． １３７１８／ ｃｎｋ ｉ． ｘｄｓｋ． ２０１６． ０３． ０１４． ? ｊ． ［ ８］ 曹树楠 ．建筑施工人员的安全心理胜任力研究［ Ｄ］．西安：西安建筑科技大学， ２０１８． ［ ９］ ＮＥＷＭＡＮ Ａ， ＤＯＮＯＨＵＥＲ， ＥＶＡ Ｎ． Ｐｓｙ ｃｈｏ ｌ ｏｇ ｉ ｃ ａ ｌｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｓ ｔ ｅｍａ ｔ ｉ ｃｒ ｅ ｖ ｉ ｅｗｏ ｆｔ ｈｅｌ ｉ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ［ Ｊ］．ＨｕｍａｎＲｅ  ｙ：Ａｓｙ ｈｒｍｒ． ２０１７． ０１． ００１． ｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅＭａｎａｇｅｍｅｎ ｔＲｅ ｖ ｉ ｅｗ， ２０１７， ２７（ ３）： ５２１ ５３５． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ? ｊ． ［ １０］ 韩豫，刘嘉伦，张泾杰，等 ．建筑工人危 险 认 知 结 果 的 差 异 特 性 ［ Ｊ］．中 国 安 全 科 学 学 报， ２０１７， ２７（ ９）： ２０?２６． ＤＯＩ： １０． １６２６５／ ３０３３． ２０１７． ０９． ００４． ｃｎｋ ｉ． ｉ ｓ ｓｎ１００３ ? ｊ． ［ １１］ ＷＩＮＧＥＳ， ＡＬＢＲＥＣＨＴＳＥＮＥ，ＭＯＳＴＵＥＢＡ． Ｃａｕｓ ａ ｌｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓａｎｄｃ ｏｎｎｅ ｃ ｔ ｉ ｏｎｓｉ ｎｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎａ ｃ ｃ ｉ ｄｅｎ ｔ ｓ［ Ｊ］． Ｓａ ｆ ｅ ｔ ｙ Ｓｃ ｉ ｅｎｃ ｅ， ２０１９， １１２： １３０ １４１． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｓ ｓ ｃ ｉ． ２０１８． １０． ０１５． ? ｊ． ［ １２］ 叶有清 ．建筑工 地 农 民 工 精 神 状 况 调 查 与 对 策 探 讨 ［ Ｊ］．中 华 全 科 医 学， ２０１６， １４（ ２）： ２６４?２６５． ＤＯＩ： １０． １６７６６／ ｊ． ｃｎｋ ｉ． ｉ ｓ ｓｎ． １６７４ ４１５２． ２０１６． ０２． ０３６． ? ［ １３］ 龚群英，雷晓燕，包成香 ．建筑行业人 群 心 理 健 康 现 状 调 查 ［ Ｊ］．内 江 师 范 学 院 学 报， ２０１３， ２８（ ２）： ８６?８９． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １６７１ １７８５． ２０１３． ０２． ０２０． ? ｊ． ［ １４］ 成家磊，祁神军，张云波 ．组织氛 围 对 建 筑 工 人 不 安 全 行 为 的 影 响 机 理 及 实 证 研 究 ［ Ｊ］．中 国 安 全 生 产 科 学 技 术， ｉ ｓ ｓｎ． １６７３ ２０１７， １３（ １１）： １１ １６． ＤＯＩ： １０． １１７３１／ １９３ｘ． ２０１７． １１． ００２． ? ? ｊ． ［ １５］ ＷＡＮＧ Ｄｉ， ＣＨＥＮＪ ｉ ａｙｕ， ＺＨＡＯ Ｄｏｎｇ， 犲 狋犪 犾．Ｍｏｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎｇ ｗｏ ｒ ｋｅ ｒ ｓ ′ａ ｔ ｔ ｅｎ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｖ ｉ ｉ ｌ ａｎｃ ｅｉ ｎｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｇ ｔ ｈｒ ｏｕｇｈａｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓａｎｄ ｗｅ ａ ｒ ａｂ ｌ ｅｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏｅｎｃ ｅｐｈａ ｌ ｏｇ ｒ ａｐｈｙｓｙ ｓ ｔ ｅｍ ［ Ｊ］．Ａｕ ｔ ｏｍａ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎ Ｃｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎ， ２０１７， ８２： １２２? ａｕ ｔ ｃ ｏｎ． ２０１７． ０２． ００１． １３７． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｊ． ［ １６］ ＡＬＡＲＣＯＮ Ｌ Ｆ，ＡＣＵＮＡ Ｄ， ＤＩＥＴＨＥＬＭ Ｓ， 犲 狋犪 犾． Ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅｇ ｉ ｅ ｓｆ ｏ ｒｉｍｐ ｒ ｏｖ ｉ ｎｇｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｒ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅｉ ｎｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎ ｙｐｅ ａ ａｐ． ２０１６． ０５． ０２１． ｆ ｉ ｒｍｓ［ Ｊ］． Ａｃ ｃ ｉ ｄｅｎ ｔＡｎａ ｌ ｓ ｉ ｓａｎｄＰｒ ｅ ｖｅｎ ｔ ｉ ｏｎ， ２０１６， ９４： １０７ １１８． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ? ｊ． ｙ ［ １７］ ＫＩＮＥＳＰ， ＡＮＤＥＲＳＥＮ ＬＰＳ， ＳＰＡＮＧＥＮＢＥＲＧＳ， 犲 狋犪 犾． Ｉｍｐ ｒ ｏｖ ｉ ｎｇｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｓ ｉ ｔ ｅｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｈｒ ｏｕｇｈｌ ｅ ａｄｅ ｒ ｓ ｅｄ ?ｂａ ｙｔ ｖｅ ｒ ｂａ ｌｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｏｍｍｕｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ［ Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＳａ ｆ ｅ ｔ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈ， ２０１０， ４１（ ５）： ３９９?４０６． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｓ ｒ． ２０１０． ０６． ｙ Ｒｅ ｙｃ ｊ． ｊ ００５． ［ １８］ 金华，吴文源，张明园 ．中国正常人 ＳＣＬ ９０ 评定结果的初步分析［ Ｊ］．中国神经精神疾病杂志， １９８６（ ５）： ２６０ ２６３． ? ? （责任编辑：钱筠 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：方德平） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１８１２０５１ ? 二维视角下拆迁安置的社会稳定 风险因素识别 邱依珊，张云波，祁神军 （华侨大学 土木工程学院，福建 厦门 ３６１０２１） 摘要： 为识别拆迁安置所诱发的社会稳定风险的关键影响因素，减少社会稳定风险的发生概率，基于拆迁安 置全过程及主客观二维视角，对拆迁安置社会稳定风险影响因素进行识别 ．通过专家访谈调研，采用专家权威 度系数法对风险清单进行筛选，共梳理出 １８ 个最重要 的 社 会 稳 定 风 险 影 响 因 素 ．针 对 关 键 风 险 因 素，提 出 拆 迁安置的社会稳定风险控制应对策略 ． 关键词： 拆迁安置；社会稳定风险；影响因素；二维视角；专家权威度系数 中图分类号： ＴＵ９８２． ２ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６１２ ０９ ? ? ? 犐 犱 犲狀 狋 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅狀狅 犳犛狅 犮 犻 犪 犾犛 狋 犪犫 犻 犾 犻 狋 狊 犽犉犪 犮 狋 狅 狉 狊犻 狀犇犲犿狅 犾 犻 狋 犻 狅狀 狔犚犻 狀 狊 犻 狅狀犪 犾犘犲 狉 狊 犮 狋 犻 狏 犲 犪狀犱犚犲 狊 犲 狋 狋 犾 犲犿犲狀 狋犉狉 狅犿犜狑狅 ?犇犻犿犲 狆犲 ＱＩＵ Ｙｉ ｓｈａｎ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕｎｂｏ，ＱＩＳｈｅｎ ｕｎ ｊ （ Ｃｏ ｌ ｌ ｅｇｅｏ ｆＣ ｉ ｖ ｉ ｌＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｙ，Ｘｉ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｉ ｎｏ ｒ ｄｅ ｒｔ ｏｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｈｅｋｅｙｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓｏ ｆｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｓｋｉ ｎｄｕｃ ｅｄｂｙｄｅｍｏ ｌ ｉ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｒ ｅ ｓ ｅ ｔ ｔ ｌ ｅｍｅｎ ｔ， ｙｔ ｙｒ ａｎｄｔ ｏｒ ｅｄｕｃ ｅｔ ｈｅｐ ｒ ｏｂａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｓｋ，ｂａ ｓ ｅｄｏｎｔ ｈｅｗｈｏ ｌ ｅｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓｏ ｆｄｅｍｏ ｌ ｉ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｒ ｅ ｓ ｅ ｔ ｔ ｌ ｅ  ｙｏ ｙｒ ｍｅｎ ｔ，ａｎｄｓｕｂ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅａｎｄｏｂ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅｔｗｏ  ｄ ｉｍｅｎｓ ｉ ｏｎａ ｌｐｅ ｒ ｓｐｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅ，ｔ ｈｅｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｉ ｎｇｔ ｈｅｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｓｋ ｊ ｊ ｙｒ ｗａ ｓｄ ｉ ｓ ｃｕｓ ｓ ｅｄ．Ｔｈｒ ｏｕｇｈｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ｉ ｅｗｓａｎｄｓｕ ｒ ｖｅｙ ｓ，ｔ ｈｅｒ ｉ ｓｋｌ ｉ ｓ ｔｗａ ｓｓ ｃ ｒ ｅ ｅｎｅｄｂｙｔ ｈｅｍｅ ｔ ｈｏｄｏ ｆｅｘｐｅ ｒ ｔａｕ ｔ ｈｏ ｒ ｉ ｔ ｙ ｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔ．Ａｔ ｏ ｔ ａ ｌｏ ｆ１８ｍｏ ｓ ｔｉｍｐｏ ｒ ｔ ａｎ ｔｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎｇｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｓｋｗｅ ｒ ｅｓ ｏ ｒ ｔ ｅｄｏｕ ｔ．Ａｉｍｉ ｎｇａ ｔｔ ｈｅ ｙｒ ｋｅｙｒ ｉ ｓｋｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ，ｔ ｈｅｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅｇｙｏ ｆｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｓｋｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｉ ｓｐｕ ｔｆ ｏ ｒｗａ ｒ ｄ． ｙｒ 犓犲 狉 犱 狊： ｄｅｍｏ ｌ ｉ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｒ ｅ ｓ ｅ ｔ ｔ ｌ ｅｍｅｎ ｔ；ｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｓｋ；ｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ；ｔｗｏ ｄ ｉｍｅｎｓ ｉ ｏｎａ ｌｐｅ ｒ ｓｐｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅ； ? ｙｒ 狔狑狅 ｅｘｐｅ ｒ ｔａｕ ｔ ｈｏ ｒ ｉ ｔ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔ ｙｃ 近年来，随着社会改革和经济的 快 速 发 展，城 镇 化、工 业 化 的 发 展 节 奏 越 来 越 快，城 市 规 模 持 续 扩 大，城市化进程的快速发展也催生了越来越多的征地拆迁房屋改建项目 ．拆迁安置作为城市化进程中必 不可少的环节及重要的民生工程，给社会带来的影响不容小 觑，甚 至关 乎 社 会 和 谐 稳 定 ．各 类 拆 迁 改 建 项目由于涉及面广、参与人数较多、利益诉求复杂，极易引起拆迁安置户与当地政府、公安机关之间的激 烈冲突，轻则引发上访、闹访、缠访，重则导致集体纵火、村民 斗殴、暴 力 拆 迁 等，给 和 谐 社 会 的 构 建 带 来 隐患和障碍 ．随着各类改建项目的增多，征地拆迁安置的 群体性事 件也 呈 现 出 新 的 趋 势 与 特 点，如 信 访 部门层级越来越高，越级上访的群体性事件频发，情绪对立性增强，事件的破坏性增大等 ．社会稳定问题 收稿日期： ２０１８ １２ ２１ ? ? 通信作者： 张云波（ １９６２ Ｅ ｉ ｌ： ｚｈａｎｇｙｂ＠ｈｑｕ． ｅｄｕ． ｃｎ． ?），男，教授，博士，主要从事建筑企业管控的研究 ． ?ｍａ 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ ７１３０３０８２）；福建省自然科学基金青年创新项目（ ２０１２Ｊ ０５０９５）；华 侨 大 学 研 究生科研创新能力培育计划资助项目（ １６１１３０４０４４） 第５期 邱依珊，等：二维视角下拆迁安置的社会稳定风险因素识别 ６１３ 关乎国家生产、生活的大计，因此，确定影响拆迁安置的社会稳定影响因素，建立全过程的社会稳定风险 评价 体 系 十 分 重 要 ．目 前，社 会 稳 定 风 险 评 估 主 要 集 中 应 用 于 重 大 决 策、重 大 项 目 的 社 会 稳 定 风 险 评 估 ［１２］，以及社会稳定风险机制构建 ［３］等方面 ．在建设领域，工程项目的社会稳定风险的研究 主要 集中在 重大工程整体的社会稳定风险评估体系，如水利工程 ［４］、地铁建设工程 ［５］及公路建设工程 ［６］等 ．然而，所 列的社会稳定风险影响因素清单基本涵盖政策规 划审批、技 术、经 济、拆 迁、环 境、劳 动 卫 生、项 目 管 理、 媒体等所有方面，研究较为宽泛，实际可操作性不强 ．征地 拆 迁是重 大工 程 的 重 要 社 会 稳 定 风 险 影 响 因 素之一，但目前的研究主要集中在征地拆迁前期阶段，如征 地 拆 迁 冲 突 的 演 化 机 理 与 治 理 机 制 ［７］、房 屋 拆迁社会可持续性评价 ［８］、拆迁 阶 段 的 社 会 风 险 管 理 ［９］等，对 拆 迁 后 的 重 建 及 回 迁 安 置 并 没 有 过 多 考 虑，也没有进行回迁居民的融入性困难等相关研究 ．因此，本 文基于 拆迁 安 置 的 全 过 程 及 主 客 观 二 维 视 角，识别影响拆迁安置社会稳定的重要风险影响因素，同时，重点关注回迁安置阶段，建立拆迁安置全过 程的社会稳定风险分析体系 ． １ 拆迁安置的社会稳定风险影响因素初选集 １． １ 拆迁安置的社会稳定风险 社会稳定风险是指由于经济、政治、环境等因素的改变 可能引 起 的 社 会 冲 突，从 而 危 及 社 会 稳 定 和 扰乱社会秩序 ［５］．社会稳定风险因素是指易诱发各类社会不稳定事件，如集中上访、聚众闹事、当街游行 等事件的风险影响因素 ．拆迁安置项目的社会稳定风险 是指 由于拆 迁安置 项 目 的 推 进 所 诱 发 的 社 会 动 荡或社会冲突 ． １． ２ 二维视角下的社会稳定风险清单 １． ２． １ 全过程的视角 基于全过程视角，以拆迁结束与交房 入 住为 节点，将 整 个 拆 迁 安 置 过 程 划 分 为 拆迁、安置过渡、回迁安置 ３ 个阶段，因不同阶段的影响 因素差 异极 大，影 响 主 体 差 别 也 较 大，应 分 阶 段 考虑 ．由于拆迁安置全过程按照拆迁 → 安置过渡 → 回迁安置的顺序进行，先行阶段会对后行阶段产生极 大的影响，即拆迁阶段的风险因素会对安置过渡阶段、回迁 安置 阶段产 生 影 响，安 置 过 渡 阶 段 会 对 回 迁 安置阶段产生影响 ．因此，有必要从全过程的视角分析和 提 炼拆迁 安置 项 目 的 风 险 清 单，进 一 步 研 究 风 险清单之间的关系 ． １． ２． ２ 主客观的视角 从主客观视角对风险影响因素 进行二 次划分，在 每 个 分 阶 段，识 别 客 观 风 险 与 拆迁安置户的主观风险，找到其中可能对社会不稳定 带来负 面影响 的 最 重 要 的 主 客 观 风 险 因 素 ．例 如， 在拆迁阶段的客观风险方面，质疑补偿方案风险因素 表现为 补偿方 案 不 够 清 晰、公 开 透 明，致 使 拆 迁 安 置群众怀疑相关权力部门存在暗箱操作，可能导致拆迁安置群众集体抵制拆迁的不稳定事件发生；在主 观风险方面，哄抬拆迁补偿风险因素表现为受到拆迁可能带来的巨大利益诱惑，一些拆迁户可能会产生 不劳而获、少劳多获的白赚钱的错误心理，导致拒不拆迁的钉子户闹事，或是群众聚众上访，要求增加超 出实际价值的拆迁安置费等社会不稳定事件 ．拆迁安置项目的社会稳定风险影响因素全过程的阶段，如 图 １ 所示 ． 图 １ 拆迁安置项目的社会稳定风险影响因素的阶段 Ｆ ｉ １ Ｓ ｔ ａｇｅｏ ｆｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓｏ ｆｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｓｋｉ ｎｄｅｍｏ ｌ ｉ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｒ ｅ ｓ ｅ ｔ ｔ ｌ ｅｍｅｎ ｔｐ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ｓ ｇ． ｙｒ ｊ １． ２． ３ 拆迁安置的社会稳定风险影响因素识别 结合专家访谈意见及政府相关文件资料，汇总整理出 拆迁安置全过程中的 ３１ 项社会稳定风险因素的初选清单，如表 １ 所示 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６１４ ２０１９ 年 表 １ 拆迁安置项目社会稳定风险影响因素的初选清单 Ｔａｂ． １ Ｐｒ ｉｍａ ｒ ｉ ｓ ｔｏ ｆｒ ｉ ｓｋｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓｏ ｆｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｎｄｅｍｏ ｌ ｉ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｒ ｅ ｓ ｅ ｔ ｔ ｌ ｅｍｅｎ ｔｐ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ｓ ｙｌ ｙｉ ｊ 编号 风险因素 风险含义 Ｒ１ 外来人口流动 Ｒ２ 归类分析 参考资料 主客观 全过程 拆迁导致外来务工人员流动增加且 身份不易确定，增加社会不稳定因素 客观 拆迁阶段 文献［ ８， １０］ 利益蛊惑人心 拆迁利益导致迁居群众价值观动摇， 漫天要价不知满足，超过实际价值 客观 拆迁阶段 文献［ １１ １２］ ? Ｒ３ 质疑补偿方案 拆迁补偿方案不够公开透明， 让群众怀疑有暗箱操作 客观 拆迁阶段 文献［ １３］ Ｒ４ 补偿方式单一 补偿方式过于单一，没有更多选择， 易引发群众抵触情绪 客观 拆迁阶段 专家访谈 Ｒ５ 补偿评定失准 拆迁补偿面积丈量方式、 标的物等级估价标准不统一 客观 拆迁阶段 文献［ ９， １１］ Ｒ６ 非拆迁户不满 处于拆迁区域边缘的非拆迁居民 想要通过拆迁获取补偿而引发不满 客观 拆迁阶段 文献［ １４］ Ｒ７ 抵触异地安置 异地安置对新周边环境的 抵触心理和对故土的怀念 主观 拆迁阶段 文献［ １５］ Ｒ８ 哄抬拆迁补偿 妄想认为拆迁是致富渠道， 蛊惑群体恶意抬高拆迁补偿，抗拒拆迁 主观 拆迁阶段 专家访谈 Ｒ９ 生活补助过低 迁居居民安置过渡期的生活补助 发放过低，不满足生活要求 客观 安置 过渡阶段 文献［ ５， ９］ Ｒ１０ 过渡期住房差 迁居居民安置过渡期住宿条件 不统一或过差而引发社会不稳定 客观 安置 过渡阶段 文献［ ９］ Ｒ１１ 工程进度延误 迁居工程进度有拖延的可能性， 导致安置房不能如期入住 客观 安置 过渡阶段 文献［ １６］ Ｒ１２ 工程质量低下 安居房工程质量标准低， 施工过程质量控制不到位，导致拆迁户不满 客观 安置 过渡阶段 文献［ １６］ Ｒ１３ 选房方案难行 选房方案不科学、不公平， 先后顺序决定困难，引起群众不满 客观 回迁 安置阶段 文献［ １７］ Ｒ１４ 就地就业困难 迁居户无再就业的技能，不适应规律的 工作，导致生活收入下降及失业 客观 回迁 安置阶段 文献［ ５， ８ ９， １８］ ? Ｒ１５ 就业创业困难 失地迁居户没有创业的能力， 将拆迁款悉数败光，成为社会不稳定游民 客观 回迁 安置阶段 文献［ ５， ８ ９， １８］ ? Ｒ１６ 就地不再就业 将拆迁款视作后半生的保障， 好吃懒做，将补偿款迅速败光，成为无业游民 客观 回迁 安置阶段 文献［ ５， ８ ９， １８］ ? Ｒ１７ 产权办理困难 安置房的产权不明晰， 办理困难，拆迁户得不到产权保障 客观 回迁 安置阶段 专家访谈 Ｒ１８ 上市交易繁琐 安置房上市交易不便捷， 拥有多套房产的居民不能变现或增加收税负担 客观 回迁 安置阶段 专家访谈 Ｒ１９ 迁居入住率低 迁居居民入住热情不高，不愿入住，搬迁困难 客观 回迁 安置阶段 专家访谈 Ｒ２０ 教育分配不公 迁居居民子女教育资源水平下降 或同周边商品房存在差别化对待 客观 回迁 安置阶段 文献［ ９］ Ｒ２１ 户型设计欠佳 户型设计不合理，导致多数房型 无人选择而引发社会不稳定 客观 回迁 安置阶段 文献［ １６］ Ｒ２２ 生活成本增加 迁居后水、电、燃气、物业等生活成本增加， 导致迁居居民不满，与政府对峙 客观 回迁 安置阶段 专家访谈 Ｒ２３ 平房上楼不适 从独门独院的平房到单元楼 生活习惯改变的不适应 主观 回迁 安置阶段 专家访谈 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 邱依珊，等：二维视角下拆迁安置的社会稳定风险因素识别 ６１５ 续表 Ｃｏｎ ｔ ｉ ｎｕｅｔ ａｂ ｌ ｅ 编号 风险因素 风险含义 Ｒ２４ 身份转变困难 Ｒ２５ 归类分析 参考资料 主客观 全过程 从村民到市民身份的转变需要适应期 主观 回迁 安置阶段 文献［ １５］ 身份心理落差 安置居民身份不被周围认可， 认为安置区低人一等，导致心理落差 主观 回迁 安置阶段 文献［ ８］ Ｒ２６ 邻里交流受阻 新居环境没有提供原有邻里交流的场所， 原有邻里交流受阻不适应 主观 回迁 安置阶段 文献［ ８］ Ｒ２７ 拒绝物业服务 迁居户习惯于自由生活， 不认同物业有偿服务，拒绝接受物业管理 主观 回迁 安置阶段 专家访谈 Ｒ２８ 混居文化冲突 安置居民与商品房居民文化水平、 生活习惯相差较大，导致冲突 主观 回迁 安置阶段 文献［ ９］ Ｒ２９ 民族宗教习俗 民族习俗和宗教信仰场所未被考虑 或场所不合理，导致公共设施受损 主观 回迁 安置阶段 文献［ ８］ Ｒ３０ 意见抒发困难 迁居户的心声没有多样化释放和 表达，导致集体上访、聚众闹事 主观 全过程 文献［ １１， １９］ Ｒ３１ 舆论错误引导 错误舆论导向导致拆迁户对政府行为 产生质疑，且激发放大群众不满 主观 全过程 文献［ １０］ ２ 社会稳定风险因素筛选 ２． １ 专家权威度系数模型的建立 专家权威度是指专家在该领域的权威程度，根据被调查专家的背景资料计算其权威度系数，权威度 系数越大，表明专家有越强的可信度和权威性，其意见的参考价值就越大 ［２０］．依据 专家的影 响力和 熟悉 程度，建立专家权威度判断模型 ．专家影响力包括专家所 属单 位、最 高 学 历、目 前 职 称 及 直 觉 系 数；熟 悉 程度包括专家在本行业的从业时间及在拆迁安置方面的 工作 年 限 ．专家权 威 度 的 模 型 系 数 的 取 值 及 参 数，如表 ２ 所示 ． 表 ２ 专家权威度系数的参数 Ｔａｂ． ２ Ｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒｏ ｆｅｘｐｅ ｒ ｔａｕ ｔ ｈｏ ｒ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｖｅｎｅ ｓ ｓｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔ 一级参数 二级参数 专家影响力 犆Ａ 权威度 犆ｒ 三级参数 选项赋值 所属单位 犆Ａ１ 依据专家所处单位与拆迁安置的直接关系赋值， 政府及其相关部门、房地产等建设单位、高等院校为 ０． １０； 施工单位、咨询单位、监理单位为 ０． ０５；其他为 ７０． ００ 最高学历 犆Ａ２ 依据专家的最高学历赋值，本科为 ０． ２；硕士及以上为 ０． ３；其他为 ０． １ 目前职称 犆Ａ３ 依据专家的职称进行赋值，教授级高工／教授、高级工程师／副教授 为 ０． ５；中级工程师／讲师为 ０． ４；初级工程师／助教为 ０． ３ 直觉系数 犆Ａ４ 工作生活中经常接触为 ０． １０；基本或大概了解为 ０． ０５；从未为 ０ 从业时间 犆Ｓ１ 依据对研究对象的了解从事时间赋值， ０～１ａ， １～３ａ为 ０． １； ３～５ａ为 ０． ３； ５～８ａ为 ０． ５； ８～１５ａ为 ０． ７； １５ａ以上为 ０． ９ 工作年限 犆Ｓ２ 依据专家的工作年限赋值， １～３ａ， ３～５ａ为 ０． １； ５～１０ａ为 ０． ３； １０～１５ａ为 ０． ５； １５～２０ａ为 ０． ７； ２０～２５ａ为 ０． ９；超过 ２５ａ为 １． ０ 熟悉程度 犆Ｓ 在所属单位赋值方面，依据不同行业分支在拆迁安置方面的参与程度及话语权程度进行分数分配； 在最高学历方面，依据专家对理论知识的理解深度进行分数分配；在职称、从业时间及工作年限方面，依 据专家的工作经验及对突发事件的处理熟稔度进行分数分配；在直觉系数方面，依据专家对问卷问题的 接触程度进行分数分配 ． 依据表 ２ 中 各 参 数 的 含 义、赋 值 规 则 与 对 研 究 的 影 响 程 度，可 直 接 计 算 出 权 威 度 部 分 项 系 数 ［ ］ 犆Ａ ２０ ， 犆Ｓ，即 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６１６ ２０１９ 年 犆Ａ ＝ 犆Ａ１ ＋犆Ａ２ ＋犆Ａ３ ＋犆Ａ４ ， ／２． 犆Ｓ ＝ （ 犆Ｓ１ ＋犆Ｓ２） 通常认为专家的权威程度与预测精度呈一定的 函数 关系，预测 精度随 着 专 家 权 威 程 度 的 提 高 而 增 加 ［２０］．因此，最终的专家权威度系数 犆ｒ［２１］的计算式为 ／２． 犆ｒ ＝ （ 犆Ａ ＋犆Ｓ） ［ ］ 当专家 权 威 度系数 大于 ０． ７ 时 ２０ ，表 明该 专家的权 威 性评 分良好，可以采用 其认为 的数 值 ．因 此， 在进行因素计算前，首先应剔除专家权威度系数小于 ０． ７ 的专家意见 ． ２． ２ 影响因素筛选模型 首先，根据专家权威度系数筛选出有效的专家问卷，再根据 狀 个专家的权威度系数计 算第犻 个专家 的权重 犠犻，进一步计算每一个影响因素的均值 犕犼，即 犆ｒ，犻 ， 犠犻 ＝ 犻＝１ ∑犆ｒ，犻 犕犼 ＝ ∑犠犻犘犻，犼． 狀 上式中： 犘犻，犼为第犻 个专家对第犼 个因素的重要程度所打出的分数； 犕犼 最终得到的 分数与因 素的重 要程 度成正比 ． 进一步计算每个影响因素的变异系数 犞犼．变异系数 犞犼 表征该数据在权均值上的 离散 程度，不同专 家对同一个影响因素的重要程度的意见统一度 ．该数值与专家意见统一度呈反比，即 犞犼 ＝δ犼犠犻． 上式中： δ犼 为第犼 个影响因素的标准差 ． 当 犕犼 小于 ３． ５０ 时，认为第犼 个影响因素的重要性程度不足；当 犞犼 大于 ０． ２５ 时，认为第犼 个影响 因素的专家意见离散程度过高，应进一步分析或者重新考虑这个影响因素 ［２０］． ２． ３ 问卷设计与统计分析 基于识别出的拆迁安置项目的社会稳定风险清单，进行专家调研问卷设计 ．调研问卷主要包括以下 两部分 ． １）问卷 Ⅰ 主要识别清单所列的各项 社 会 稳 定 风 险 影 响 因 素，专 家 对 每 个 因 素 对 社 会 稳 定 的 影 响程度进行打分，该部分采用李克特五 点 量 表 打 分 法， ５ 代 表 影 响 程 度 非 常 大， ４ 代 表 影 响 程 度 很 大， ３ 代表影响程度一般， ２ 代表影响程度较弱， １ 代表 几 乎 没 有 影 响 ． ２）问 卷 Ⅱ 主 要 采 集 被 调 研 者 的 基 本 信 息及补充意见等开放性问题，所收集的数据信息均作为计算专家权威度及进行风险因素识别的基础 ． 专家调研对象涵盖了与拆迁安置项目相关的政府及 其相关 部 门、房 地 产 等 建 设 单 位、施 工 单 位、高 等院校等科研单位、监理咨询单位等 ．采用线上有针对性发放问卷并回 收的方 式，回 收专 家意见 共计 ３７ 份 ．依据 犆Ａ ， 犠犻 计算式计算专家权威度系数，剔除系数小于 ０． ７，答卷 时间过 短及 选项过于 单一的 问卷 后，筛选出有效问卷共计 ２６ 份 ．有效问卷填写者的背景资料，如表 ３ 所示 ．表 ３ 中： η 为所占比例 ． 表 ３ 被调研专家的背景资料 Ｔａｂ． ３ Ｂａ ｃｋｇ ｒ ｏｕｎｄｉ ｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｅｘｐｅ ｒ ｔ ｓｓｕ ｒ ｖｅｙｅｄ 单位分布 政府及其相关部门 房地产等建设单位 施工单位 高校科研单位 监理咨询单位 其他 η／％ 最高学历 ２３． ０８ 博士 ３８． ４６ １５． ３８ ３． ８５ ３． ８５ 硕士 １５． ３８ 学士 其他 η／％ 职称 １１． ５４ 教授级高工／教授 １５． ３８ 高级工程师／副教授 ４６． １５ 中级工程师／讲师 ２６． ９２ 初级工程师／助教 η／％ 工作年限 ３． ８５ １５． ３８ ４６． １５ ３４． ６２ 超过 ２５ａ ２０～２５ａ η／％ 是否接触 １５． ３８ 经常 １９． ２３ η／％ 从事改造时间 ４６． １６ １５ａ以上 ８～１５ａ ５～８ａ ３～５ａ １～３ａ ０～１ａ η／％ ７． ６９ ７． ６９ １９． ２３ １１． ５４ １９． ２３ ３４． ６２ １５～２０ａ １１． ５４ 基本了解 ５～１０ａ ３～５ａ １～３ａ ２３． ０８ 大概了解 ７． ６９ １５． ３８ 从未 １５． ３８ ３８． ４６ ０ 由表 ３ 可知：被调研者单位分布基本涵盖建筑业所有单位，其中，与拆迁安置关联最大的政府、房地 产及施工单位样本数据较多；被调研者中学历较高、工作年限较长者较多，其 中，工 作年限 在 ５ａ 以上的 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 邱依珊，等：二维视角下拆迁安置的社会稳定风险因素识别 ６１７ 占 ７６． ９３％ ；被调研者中从未接触过拆迁安置的人数为 ０％ ，极大地保证了数据的可靠性 ． ２． ４ 影响因素的计算与筛选结果 利用 ＳＰＳＳ２４ 软件对 ２６ 份有效问卷进行分析，得出标准 化项的 Ａｌ ７８７，大于 ０． ７００， ｐｈａ 系数 为 ０． 属于高信度 ［２２］．利用 ２６ 位专家的权威度系数，计算得出每位专家 的权重 犠犻、每个 影响因 素的 均值 犕犼、 标准差δ 及变异系数 犞犼，剔除 犕犼 小于 ３． ５０ 或 犞犼 大于 ０． ２５ 的 因素，即重 要 性 程 度 不 足 或 专 家 意 见 离 散程度过高的风险影响因素，保留利益蛊惑人心、质疑补 偿方 案、补 偿 方 式 单 一、补 偿 评 定 失 准、工 程 进 度延误、选房方案难行、就业创业困难、就地不再就业、产权 办理 困 难、工 程 质 量 低 下、抵 触 异 地 安 置、哄 抬拆迁补偿、舆论错误引导等 １３ 个影响因素 ．因素筛选结果，如表 ４ 所示 ． 表 ４ 因素筛选结果 Ｔａｂ． ４ Ｆａ ｃ ｔ ｏ ｒｓ ｃ ｒ ｅ ｅｎ ｉ ｎｇｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓ 参数 Ｒ１ 外来 人口流动 Ｒ２ 利益 蛊惑人心 Ｒ３ 质疑 补偿方案 Ｒ４ 补偿 方式单一 Ｒ５ 补偿 评定失准 Ｒ６ 非拆迁 而不满 Ｒ７ 抵触 异地安置 Ｒ８ 哄抬 拆迁补偿 犕犼 ２． ６７７ ３． ７２７ ３． ９６４ ３． ５３８ ３． ８１３ ３． ０００ ３． ５３３ ３． ６２６ δ ０． ８２１ ０． ９４３ ０． ８９８ ０． ７４６ ０． ９２１ ０． ９６１ ０． ８８７ ０． ８３６ 犞犼 ０． ３０７ ０． ２５３ ０． ２２７ ０． ２１１ ０． ２４１ ０． ３２０ ０． ２５１ ０． ２３０ 参数 Ｒ９ 生活 补助过低 Ｒ１０ 过渡 期住房差 Ｒ１１ 工程 进度延误 Ｒ１２ 工程 质量低下 Ｒ１３ 选房 方案难行 Ｒ１４ 就地 就业困难 Ｒ１５ 就地 创业困难 Ｒ１６ 就地 不再就业 犕犼 ３． ０８０ ２． ９２１ ３． ８５１ ３． ９３１ ３． ４７０ ３． ２６８ ３． ５０２ ３． ４６０ δ １． ０７１ １． ０７１ ０． ６６２ ０． ９１７ ０． ８８７ ０． ８１１ ０． ８４４ ０． ６３４ 犞犼 ０． ３４８ ０． ３６７ ０． １７２ ０． ２３３ ０． ２５６ ０． ２４８ ０． ２４１ ０． １８３ 参数 Ｒ１７ 产权 办理困难 Ｒ１８ 上市 交易繁琐 Ｒ１９ 迁居 入住率低 Ｒ２０ 教育 分配不公 Ｒ２１ 户型 设计欠佳 Ｒ２２ 生活 成本增加 Ｒ２３ 平房 上楼不适 Ｒ２４ 身份 转变困难 犕犼 ３． ６１７ ３． ３１７ ２． ９６４ ３． １９１ ３． ０５４ ３． ０９１ ２． ６５４ ２． ６８８ δ ０． ７８８ ０． ８６７ １． ０５５ ０． ９２１ ０． ８９８ ０． ９５８ ０． ８２９ ０． ９１０ 犞犼 ０． ２１８ ０． ２６１ ０． ３５６ ０． ２８９ ０． ２９４ ０． ３１０ ０． ３１３ ０． ３３９ 参数 Ｒ２５ 身份 心理落差 Ｒ２６ 邻里 交流受阻 Ｒ２７ 拒绝 物业服务 Ｒ２８ 混居 文化冲突 Ｒ２９ 民族 宗教习俗 Ｒ３０ 意见 抒发困难 Ｒ３１ 舆论 错误引导 犕犼 ２． ４４９ ２． ６７８ ２． ９５４ ２． ８７４ ２． ８０８ ３． ３２０ ３． ６６３ δ ０． ８８７ ０． ９９１ ０． ８０８ ０． ８４７ ０． ８３３ ０． ７７３ ０． ８２９ 犞犼 ０． ３６２ ０． ３７０ ０． ２７３ ０． ２９５ ０． ２９７ ０． ２３３ ０． ２２６ ２． ５ 拆迁安置的社会稳定风险影响因素的最终分析指标 考虑到在实际工作中，许多工作年限长、实践经验丰富 的管 理 人 员 学 历 并 不 高，但 在 拆 迁 安 置 工 作 中，经验又极为重要，故将工作年限大于 １５ａ 的专家意见单独进行二次考量，再结 合问卷中 的开放 性意 见，综合两者进行分析 ．最终，将就地就业困难、上市交易 繁 琐、拒 绝 物 业 服 务、混 居 文 化 冲 突、意 见 抒 发 困难 ５ 个影响因素纳入最终的社会稳定风险分析体系，结果如表 ５ 所示 ． 表 ５ 拆迁安置项目社会稳定风险影响因素最终分析体系 Ｔａｂ． ５ Ｆ ｉ ｎａ ｌａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓｍｅｎ ｔｓｙ ｓ ｔ ｅｍｆ ｏ ｒ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓｏ ｆｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｓｋｉ ｎｄｅｍｏ ｌ ｉ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｒ ｅ ｓ ｅ ｔ ｔ ｌ ｅｍｅｎ ｔｐ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ｓ ｙｒ ｊ 新编号 原编号 风险因素 Ｒ１ Ｒ２ 利益蛊惑人心 Ｒ２ Ｒ３ 质疑补偿方案 Ｒ３ Ｒ４ 补偿方式单一 Ｒ４ Ｒ５ 补偿评定失准 Ｒ５ Ｒ７ 抵触异地安置 Ｒ６ Ｒ８ 哄抬拆迁补偿 Ｒ７ Ｒ１１ 工程进度延误 Ｒ８ Ｒ１２ 工程质量低下 全过程阶段 主客观 新编号 客观 拆迁阶段 主观 安置过渡阶段 客观 原编号 风险因素 Ｒ９ Ｒ１３ 选房方案难行 Ｒ１０ Ｒ１４ 就地就业困难 Ｒ１１ Ｒ１５ 就业创业困难 Ｒ１２ Ｒ１６ 就地不再就业 Ｒ１３ Ｒ１７ 产权办理困难 Ｒ１４ Ｒ１８ 上市交易繁琐 Ｒ１５ Ｒ２７ 拒绝物业服务 Ｒ１６ Ｒ２８ 混居文化冲突 Ｒ１７ Ｒ３０ 意见抒发困难 Ｒ１８ Ｒ３１ 舆论错误引导 拆迁安置项目的社会稳定风险影响因素在全过程中的体现，如图 ２ 所示 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 全过程阶段 主客观 客观 回迁安置阶段 主观 全过程 主观 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６１８ ２０１９ 年 图 ２ 拆迁安置项目的社会稳定风险影响因素在全过程中的体现 Ｆ ｉ ２ Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓｏ ｆｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｓｋｉ ｎｗｈｏ ｌ ｅｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｇ． ｙｒ ｏ ｆｄｅｍｏ ｌ ｉ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｒ ｅ ｓ ｅ ｔ ｔ ｌ ｅｍｅｎ ｔｐ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ｓ ｊ ３ 核心风险应对策略 科学的风险应对措施可以有效地减少风险因素爆发的可能性 ．在拆迁安置的全过程中，相邻阶段之 间存在着一定的影响关系，因此，有关部门应在相关阶段 的 前置阶 段即 进 行 下 一 阶 段 的 风 险 防 范 考 虑， 可有效降低引发社会动荡的概率 ． ３． １ 分阶段的总体应对策略 １）拆迁阶段应重点关注补偿政策的合理 制 定，警 惕 利 益 分 配 不 公 和 对 拆 迁 的 抵 触 心 理 ．此 阶 段 有 关部门应注重政策制定的完备性及公平公正性，可与当地村委会居委会联合，做好村民的思想工作 ． ２）安置过渡阶段应重点保证工程进度及工程质量 ．工程进度极大地影响着回 迁居民的 回迁预 期及 此阶段的心理稳定性；工程质量的保证可预防在回迁安 置阶 段因房 屋质量 问 题 引 发 的 回 迁 居 民 大 规 模 维权事件的发生 ． ３）回迁安置阶段应重点关注群众再就业及后续政策问题 ．新区群众的融入情 况是拆迁 安置全 过程 中的重要阶段，存在多种混合问题，解决回迁居民的后顾之忧，是有关部门需要关注的重点 ． ４）在全过程影响方面，有关部门应该持续关注新闻媒体等舆论导向、回迁居民的 意见 反馈，并及时 解决问题 ． ３． ２ 核心风险因素的应对策略 针对 １８ 个关键风险因素，分别给出风险防控应对策略，如表 ６ 所示 ． 表 ６ 核心风险因素的应对策略 Ｔａｂ． ６ Ｃｏｐ ｉ ｎｇｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅｇ ｉ ｅ ｓｆ ｏ ｒｃ ｏ ｒ ｅｒ ｉ ｓｋｓ 核心风险因素 应对策略 利益蛊惑人心 主管部门应提前公布补偿标准，一旦制定后， 不应因外界条件变化而更改 质疑补偿方案 政府等拆迁主管部门应提前公布 拆迁补偿办法，并将补偿标准逐条细化 补偿方式单一 拆迁补偿方式应多样化，可采取换房、 换店面、换现金、换股份等方式 补偿评定失准 在测量测度标准方面，应当尽力细化 各种丈量标准及评定等级的划分 抵触异地安置 尽量采取就地回迁安置办法， 照顾迁居民的故土情节，令迁居民更配合 哄抬拆迁补偿 与村委、居委会等协同工作， 提前做好迁居民的思想教育工作，闹事无用 工程进度延误 提前做好资金落实工作和进度计划， 严格按照计划执行，遵守回迁承诺 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 邱依珊，等：二维视角下拆迁安置的社会稳定风险因素识别 ６１９ 续表 Ｃｏｎ ｔ ｉ ｎｕｅｔ ａｂ ｌ ｅ 核心风险因素 应对策略 工程质量低下 提高预算，提高安置房质量标准， 建材选取同附近商品房，严控质量关 选房方案难行 在拆迁初期即公布选房办法， 如按照拆迁配合程度决定顺序，一举两得 就地就业困难 如有失地问题，尽量为迁居民提供 就业机会，如附近服务业优先录用等 就业创业困难 鼓励迁居民自行创业，提供相应创业资助， 简化资质办理手续，提供便利 就地不再就业 连同村委等对将拆迁款当做 后半生保障的游民进行教育，主动提供帮助 产权办理困难 简化房屋产权办理流程，提前进行 准备工作，交房的同时进行产权交割 上市交易繁琐 允许安置房上市交易，并提供 过户政策便利，简化过户流程，避免征税 拒绝物业服务 在迁居后的物业服务人员中加入 之前村委居委会成员，照顾拆迁居民情绪 混居文化冲突 丰富社区文化建设，多举办社区 居民交流活动，促进不同背景居民认同 意见抒发困难 线上、线下拓宽拆迁居民意见抒发渠道， 及时疏导安抚拆迁居民消极埋怨情绪 舆论错误引导 规范相关媒体行为，进行媒体报道 审核，引导社会舆论向积极方向发展 ４ 结论与展望 运用专家权威度系数，建立拆迁安置的社会稳定风险 分 析体 系，并 进 行 相 应 的 对 策 研 究，得 出 以 下 ２ 点结论 ． １）识别出 １８ 个关键风险影 响 因 素，即 利 益 蛊 惑 人 心、质 疑 补 偿 方 案、补 偿 方 式 单 一、补 偿 评 定 失 准、抵触异地安置、哄抬拆迁补偿、工程进度延误、工程质 量 低下、选 房 方 案 难 行、就 地 就 业 困 难、就 业 创 业困难、就地不再就业、产权办理困难、上市交易繁琐、拒绝 物业 服 务、混 居 文 化 冲 突、意 见 抒 发 困 难、舆 论错误引导 ．这些重要风险因素主要集中在拆迁阶段及回迁安置阶段，这也是相关部门需要重点关注的 阶段 ． ２）在拆迁阶段应重点关注制定合理的补 偿 政 策，警 惕 利 益 分 配 不 公 和 拆 迁 抵 触 心 理；安 置 过 渡 阶 段应重点保证工程进度及工程质量；回迁安置阶段应重点关注群众再就业及后续房屋政策问题，并注意 新区群众的融入情况；在全过程方面，应关注新闻媒体等舆论导向及回迁居民的意见反馈及解决状况 ． 但研究尚未探讨风险因素之间、拆 迁 阶 段 之 间、拆 迁 阶 段 内 部 的 影 响 关 系，实 际 上，由 于 时 间 的 变 迁，先行阶段将会对后续阶段产生影响，主客观风险因素之间也会相互影响 ．这是文中研究的不足之处， 也是后续将要展开的研究 ． 参考文献： ［ １］ 张玉磊，朱德米 ．重大决策社会稳定风险评估中的利益相关者参与：行 动 逻 辑 与 模 式 构 建［ Ｊ］．上 海 行 政 学 院 学 报， ２０１８， １９（ ５）： ７０ ８１． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １００９ ３１７６． ２０１８． ０５． ００９． ? ? ｊ． ［ ２］ 曾志勇，樊明方 ．基于均衡理论的重大项目社会稳定风险研究［ Ｊ］．人民论坛前沿， ２０１６（ ８）： ６３ ６９． ＤＯＩ： １０． １６６１９／ ? ｊ． ｃｎｋ ｉ． ｒｍｌ ｔ ｘｓ ２０１６． ０８． ００７． ｑｙ． ［ ３］ 尹宝康 ．风险感知与社会稳定风险评估机制建设［ Ｊ］．湘潮（下半月）， ２０１６（ ３）： ８５ ８６． ? ［ ４］ 刘娜 ．基于模糊一致矩阵分析的水利水电工程 建 设 社 会 稳 定 风 险 评 估 ［ Ｊ］．水 利 经 济， ２０１７， ３５（ ２）： ３６ ４０． ＤＯＩ： １０． ? 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６２０ ２０１９ 年 ３８８０／ ｉ ｓ ｓｎ． １００３９５１１． ２０１７． ０２． ２２８． ｊ． ［ ５］ 程书波，郭曼丽 ．基于层次分析法的地铁建设项目 社 会 稳 定 风 险 评 估 ［ Ｊ］．河 南 理 工 大 学 学 报 （社 会 科 学 版）， ２０１４， １５（ ３）： ２７３ ２７８． ＤＯＩ： １０． １６６９８／ ｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌ． ｓ ｃ ｉ ｅｎｃ ｅ ｓ）． １６７３ ９７７９． ２０１４． ０３． ０２２． ｈｐｕ（ ? ? ｊ． ［ ６］ 董治，王欢，董小林，等 ．基 于 熵 权 可 拓 物 元 模 型 的 公 路 项 目 社 会 稳 定 风 险 评 估 方 法 ［ Ｊ］．中 国 公 路 学 报， ２０１８， ３１ （ ９）： １９１ １９８． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １００１ ７３７２． ２０１８． ０９． ０２２． ? ? ｊ． ［ ７］ 马光选 ．征地拆迁冲突演化机理与治理机制的 风 险 政 治 学 考 察 ［ Ｊ］．云 南 大 学 学 报 （社 会 科 学 版）， ２０１５， １４（ ６）： ９６ ? ｉ ｓ ｓｎ． １６７１ １０２． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ７５１１． ２０１５． ０６． ０１４． ? ｊ． ［ ８］ ＴＡＯ Ｙｕ， ＧＥＯＦＦＲＥＹＳ， ＳＨＩＱｉ ｉ ｎｇ， 犲 狋犪 犾． Ｅｖａ ｌ ｕａ ｔ ｉ ｎｇｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌｓｕｓ ｔ ａ ｉ ｎａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆｕ ｒ ｂａｎｈｏｕｓ ｉ ｎｇｄｅｍｏ ｌ ｉ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎＳｈａｎｇ  ｐ ｙｏ ｃ ｌ ｅｐ ｒ ｏ． ２０１７． ０３． ００５． ｉ ｎａ［ Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＣｌ ｅ ａｎｅ ｒＰｒ ｏｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎ， ２０１７， １５３（ １）： ２６ ４０． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｈａ ｉ，Ｃｈ ? ｊ． ｊ ［ ９］ ＴＡＯ Ｙｕ， ＧＥＯＦＦＲＥＹＳ， ＳＨＩＱｉ ｉ ｎｇ， 犲 狋犪 犾．Ｍａｎａｇ ｉ ｎｇｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌｒ ｉ ｓｋｓａ ｔｔ ｈｅｈｏｕｓ ｉ ｎｇｄｅｍｏ ｌ ｉ ｔ ｉ ｏｎｓ ｔ ａｇｅｏ ｆｕ ｒ ｂａｎｒ ｅｄｅ ｖｅ ｌ  ｐ ｔ ａｋｅｈｏ ｌ ｄｅ ｒ ｒ ｉ ｅｎ ｔ ｅｄｓ ｔ ｕｄｙ ｕｓ ｉ ｎｇｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌｎｅ ｔｗｏ ｒ ｋａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓ［ Ｊ］． Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＰｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ｏｐｍｅｎ ｔｐ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ｓ：Ａｓ ?ｏ ｙ ｊ ｊ Ｍａｎａｇｅｍｅｎ ｔ， ｉ ｒ ｏｍａｎ． ２０１７． ０４． ００４． ２０１７， ３５（ ６）： ９２５ ９４１． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ? ｊ． ｊ ｐ ［ １０］ 高玫，何雄伟 ．重大政策项目社会稳定风险评估体系研究［ Ｊ］．企 业 经 济， ２０１５（ ２）： １７２ １７５． ＤＯＩ： １０． １３５２９／ ｃｎｋ ｉ． ? ｊ． ｅｎ ｔ ｅ ｒ ｒ ｉ ｓ ｅ． ｅ ｃ ｏｎｏｍｙ． ２０１５． ０２． ０３７． ｐ ［ １１］ 杨芳勇 ．论社会燃烧理论在“重大事项”上的应 用：重 大 事 项 社 会 稳 定 风 险 评 估 的 理 论 基 础 与 方 法 模 型 ［ Ｊ］．中 共 浙江省委党校学报， ２０１２（ ４）： １０６ １１１． ＤＯＩ： １０． １５９４４／ ｃｎｋ ｉ． ３３ １０１０／ｄ． ２０１２． ０４． ０１１． ? ? ｊ． ［ １２］ ＹＵＡＮＪ ｉ ｎｇ ｆ ｅｎｇ， ＣＨＥＮ Ｋａ ｉｗｅｎ， ＬＩＷｅ ｉ， 犲 狋犪 犾． Ｓｏ ｃ ｉ ａ ｌｎｅ ｔｗｏ ｒ ｋａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓｆ ｏ ｒｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｌｒ ｉ ｓｋｓｏ ｆｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｐ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ｓｉ ｎ ｙ ｊ ｈ ｉ ｄｅｎｓ ｉ ｔ ｒ ｂａｎａ ｒ ｅ ａ ｓｉ ｎＣｈ ｉ ｎａ［ Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＣｌ ｅ ａｎｅ ｒＰｒ ｏｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎ， ２０１８， １９８： ９４０ ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｃ ｌ ｅｐ ｒ ｏ． ? ?９６１． ｇｈ ｙｕ ｊ． ｊ ２０１８． ０７． １０９． ［ １３］ 王娟丽 ．基于 ＡＨＰ Ｊ］．社 会 科 学 家， ２０１７（ ２）： ６７ ７３． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． ?ＦＣＥ 法的重大项目社会稳 定 风 险 评 估［ ? ｊ． １００２ ３２４０． ２０１７． ０２． ０１２． ? ［ １４］ 纪利，孙翔，陈立华 ．定远县江巷 水 库 工 程 征 地 移 民 安 置 社 会 稳 定 风 险 分 析 ［ Ｊ］．江 淮 水 利 科 技， ２０１７（ ５）： １０?１１． ｉ ｓ ｓｎ． １６７３ ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ４６８８． ２０１７． ０５． ００６． ? ｊ． ［ １５］ 陈琳，谭建辉，吴开泽，等 ．拆迁项目社会风险评估：来自广州的实 证 研 究 ［ Ｊ］．广 州 大 学 学 报 （社 会 科 学 版）， ２０１２， １１（ ３）： ７７ ８１． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １６７１ ３９４Ｘ． ２０１２． ０３． ０１４． ? ? ｊ． ［ １６］ 吴世坤，刘白，郭春甫 ．城中村征地安置社会稳定风险识别研究：基于 Ａ 市 ２４０ 份访谈的内容 分 析［ Ｊ］．社 科 纵 横， ２０１６， ３１（ ９）： ６６ ６８． ＤＯＩ： １０． １６７４５／ １１１０／ｃ． ２０１６． ０９． ０１８． ｃｎｋ ｉ． ｃｎ６２ ? ? ｊ． ［ １７］ 黄海莉，耿伟，刘金明 ．重大政策社会稳定风险评估 初 探：以 北 京 市 延 庆 区 世 园 会 围 栏 区 两 村 征 地 拆 迁 工 作 为 例 ［ Ｊ］．中国工程咨询， ２０１６（ １０）： ４８ ５０． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ５８２９． ２０１６． １０． ０２０． ｉ ｓ ｓｎ． １００９ ? ? ｊ． ［ １８］ 李丰松 ．基于 ＡＨＰ?ＦＣＥ 法 安 居 工 程 建 设 项 目 社 会 稳 定 风 险 评 估 ［ Ｊ］．广 西 师 范 学 院 学 报 （哲 学 社 会 科 学 版 ）， ２０１８， ３９（ ３）： １１４ １１８． ＤＯＩ： １０． １６６０１／ ｃｎｋ ｉ． ｉ ｓ ｓｎ１００２ ５２２７． ２０１８． ０３． ０１９． ? ? ｊ． ［ １９］ 向鹏成，武雪子 ．基于 ＳＮＡ 的重 大 工 程 项 目 社 会 稳 定 风 险 网 络 构 建 ［ Ｊ］．建 筑 经 济， ２０１８， ３９（ ６）： ４１ ＤＯＩ： １０． ?４７． ｃｎｋ ｉ． １００２ １４１８１／ ８５１ｘ． ２０１８０６０４１． ? ｊ． ［ ２０］ 詹朝曦，王玉芳，祁神军，等 ．城市快速路建设工期影响因素识别与对策［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报（自 然 科 学 版）， ２０１７， ３８ （ ６）： ８１８ ８２３． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１７０５０１５． ? ? ［ ２１］ 陈思路，季卫东，易正辉 ．德尔菲法确定首次抑郁 发 作 核 心 症 状 的 诊 断 指 标 ［ Ｊ］．青 岛 大 学 学 报 （医 学 版）， ２０１８， ５４ （ ４）： ３８４ ３８８． ＤＯＩ： １０． １１７１２／ ２０１８０４００２． ? ｊｍｓ ［ ２２］ 祁神军，成家磊，张云波 ．计及组织氛围的建筑工人不安全行为机理模型的构建［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报（自 然 科 学 版）， ２０１８， ３９（ ２）： １９８ ２０４． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１７０３０６６． ? ? （责任编辑：陈志贤 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：方德平） 第 ４０ 卷 第５期 ２０１９ 年 ９ 月 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１８１２０１４ ? 雨水酸化条件对高岭土改性沥青路面 腐蚀性能的试验模拟 胡超，包惠明 （桂林理工大学 土木与建筑工程学院，广西 桂林 ５４１００４） 摘要： 在酸雨条件下，为提高路面抗腐蚀性能的最佳高岭土掺量，探究酸雨对高岭土改性沥青路面腐蚀性能 的影响 ．在 ｐＨ 值为 ２． ０，４． ０， ５． ６， ７． ０ 时，采用周期浸泡、加速腐蚀 的 试 验 方 法，依 次 研 究 高 岭 土 改 性 沥 青 混 合料的变化情况 ．试验结果表明：不同 ｐＨ 值的酸雨对 ４ 种不同高岭土掺量的沥青混合料均有 侵 蚀 作 用，但 掺 加高岭土的马歇尔试件明显好于基质沥青试件；通过宏观实验及微观分析，当高 岭 土 掺 量 为 ３％ 时，高 岭 土 改 性沥青混合料抗腐蚀性能最佳 ． 关键词： 沥青路面；高岭土改性；抗腐蚀性能；酸雨；最佳掺量 中图分类号： Ｕ４１４． １２７ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６２１ ０６ ? ? ? 犈狓狆犲 狉 犻犿犲狀 狋 犪 犾犛 犻犿狌 犾 犪 狋 犻 狅狀狅 犳犆狅 狉 狉 狅 狊 犻 狅狀犅犲 犺犪狏 犻 狅 狉狅 犳 犓犪 狅 犾 犻 狀 犕狅犱 犻 犳 犻 犲 犱犃狊 犾 狋犘犪狏 犲犿犲 狀 狋犝狀犱 犲 狉 狆犺犪 犚犪 犻 狀狑犪 狋 犲 狉犃犮 犻 犱 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅狀犆狅狀犱 犻 狋 犻 狅狀 狊 ＨＵ Ｃｈａｏ，ＢＡＯ Ｈｕ ｉｍｉ ｎｇ （ Ｓｃｈｏｏ ｌｏ ｆｃ ｉ ｖ ｉ ｌａｎｄａ ｒ ｃｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕｒ ａ ｌｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｇｕ ｉ ｌ ｉ ｎＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｆＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ，Ｇｕ ｉ ｌ ｉ ｎ５４１００４，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｙｏ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｉ ｎｏ ｒ ｄｅ ｒｔ ｏｅｘｐ ｌ ｏ ｒ ｅｔ ｈｅｏｐ ｔ ｉｍａ ｌａｍｏｕｎ ｔｏ ｆｋａｏ ｌ ｉ ｎｔ ｏｉｍｐ ｒ ｏｖｅｔ ｈｅｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏｎｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａｎｃ ｅｏ ｆｐａｖｅｍｅｎ ｔ ｏｅｘｐ ｌ ｏ ｒ ｅｔ ｈｅｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔｏ ｆａ ｃ ｉ ｄｒ ａ ｉ ｎｏｎｔ ｈｅｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏｎｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａｎｃ ｅｏ ｆｋａｏ ｌ ｉ ｎｍｏｄ ｉ ｆ ｉ ｅｄ ｕｎｄｅ ｒａ ｃ ｉ ｄｒ ａ ｉ ｎｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎｓ，ａｎｄｔ ａ ｓｐｈａ ｌ ｔｐａｖｅｍｅｎ ｔ，ａ ｔｐＨｖａ ｌ ｕｅ ｓｏ ｆ２． ０，４． ０，５． ６ａｎｄ７． ０，ｐｅ ｒ ｉ ｏｄ ｉ ｃｉｍｍｅ ｒ ｓ ｉ ｏｎａｎｄａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｅｄｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏｎｔ ｅ ｓ ｔ ｗａ ｓｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅｄｏｕ ｔ．Ｔｈｅｔ ｅ ｓ ｔｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｔ ｈａ ｔａ ｃ ｉ ｄｒ ａ ｉ ｎｗｉ ｔ ｈｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｐＨ ｖａ ｌ ｕｅ ｓｃ ａｎｅ ｒ ｏｄｅｆ ｏｕ ｒｋ ｉ ｎｄｓｏ ｆａ ｓｐｈａ ｌ ｔ ｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓｗｉ ｔ ｈｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔａｍｏｕｎ ｔ ｓｏ ｆｋａｏ ｌ ｉ ｎ，ｂｕ ｔ Ｍａ ｒ ｓｈａ ｌ ｌｓｐｅ ｃ ｉｍｅｎｓｗｉ ｔ ｈｋａｏ ｌ ｉ ｎａ ｒ ｅｂｅ ｔ ｔ ｅ ｒｔ ｈａｎａ ｓｐｈａ ｌ ｔ ｓ ｅｄ ?ｂａ ｓｐｅ ｃ ｉｍｅｎｓ．Ｔｈｏｕｇｈｔ ｈｅ ｍａ ｃ ｒ ｏｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔａｎｄ ｍｉ ｃ ｒ ｏａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓ， ｔ ｈｅｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏｎｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａｎｃ ｅｏ ｆｋａｏ ｌ ｉ ｎ ｍｏｄ ｉ ｆ ｉ ｅｄａ ｓ  ｙ ｌ ｔｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅｉ ｓｔ ｈｅｏｐ ｔ ｉｍａ ｌｆ ｏ ｒ３％ ｋａｏ ｌ ｉ ｎｃ ｏｎ ｔ ｅｎ ｔ． ｐｈａ 犓犲 狉 犱 狊： ａ ｓｐｈａ ｌ ｔｐａｖｅｍｅｎ ｔ；ｋａｏ ｌ ｉ ｎｍｏｄ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ；ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏｎｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａｎｃ ｅ；ａ ｃ ｉ ｄｒ ａ ｉ ｎ；ｏｐ ｔ ｉｍｕｍｄｏ ｓ ａｇｅ 狔狑狅 ［ ］ ２１ 世纪以来，人类主要面临水危机、温室效应、酸雨肆虐、二 氧化硫 污染等环境 问题 １?２ ，其中，酸雨 的危害是跨越国界的全球性灾难，被称为“空中死神”．我国经 济在快 速发 展 的 同 时，也 面 临 着 严 峻 的 环 境问题 ［３］．由于各种燃料等污染物不断向外排放，增加空 气 中 的 含 硫、含 氮 物 质，使 空 气 中 的 酸 度 增 加， 从而形 成酸 雨 ．我国 酸 雨主要分布在 南方的 亚热带湿 热气 候地 区（占我 国国土面 积 ３０％ ），且存在 蔓 延 趋势，已成为继欧洲、北美之后世界第 ３ 大重酸雨区 ［４?５］．沥青路面的水损坏是我国最主要的路面 病害形 式之一 ［６?７］．国内外学者对沥青路面中的水损坏研究主要集中在外力作用下，沥青路面的动水冲 刷、泵吸 收稿日期： ２０１８ １２ ０８ ? ? 通信作者： 包惠明（ １９６３ Ｅ ｉ ｌ： ｂｈｍｉ ｎｇ＠１６３． ｃ ｏｍ． ?），男，教授，博士，主要从事边坡工程、道路工程方面的研究 ． ?ｍａ 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ ５１７６８０１６，５１３６８０１５） 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６２２ ２０１９ 年 作用、水对沥青混合料的弱化等方面 ［８］，虽然建立了一套完整的评价体系，但并没有达到预期的效果 ．作 为改性剂的高岭土对提高沥青路面基本路用性能具有良好的 效 果，但近年 来 关 于 高 岭 土 改 性 沥 青 的 文 章鲜有报道 ．本文以酸雨作为研究背景，分析高岭土改性沥青混合料抗酸雨侵蚀的能力 ． １ 试验部分 １． １ 试验材料 １． １． １ 基质沥青 选用广东省茂名市中国石化股份有限公司茂名分公司生产 的东海牌 ７０＃Ａ 级道路 石油沥青作为 基 质沥青，该基质沥青在 常温 下（ ２５ ℃ ）较 硬，符合规范 ＪＴＧ Ｅ２０－２０１１ 《公 路工程 沥 青 及沥青混合料试验规程》的要求 ． １． １． ２ 高岭土 采用广西南宁市 岑 溪 高 岭 土 有 限 公 司 提 供 的 煅 烧 高 岭 土，这 种 高 岭 土 呈 现 白 色 软 泥 状、颗粒细腻、状似面粉、化学成分稳定，铝硅酸盐的质量分数高达 １８％ ，富含大量的二氧化硅 ． １． １． ３ 酸雨模拟 为了更好地模拟酸雨对高岭土改性沥青路面腐蚀性能的影响，采用硫酸加硝酸配制 酸雨，所用材料来自广西南宁市海正化工有限责任公司生产的硫酸和硝酸 ． １． １． ４ 集料 矿质集料采购广西某采石场棱角性、压 碎值较 高，表面 纹 理 较 好、片 状 较 低 的 石 灰 岩 ．根 据 ＪＴＧ Ｅ４２－２００５ 《公路工程集料试 验 规 程》和 ＪＴＧ Ｆ４０－２００４ 《公 路 沥 青 路 面 施 工 技 术 规 范》的 要 求，对集料进行 １０ 个档次的筛分试验，同时，分别测试不同档位的石料，其结果均符合相应的技术规范 ． １． １． ５ 矿粉 实验所用的矿粉取自广西南宁市某矿粉厂生产的石灰石，根据 ＪＴＧ Ｅ４２－２００５ 《公路工 程集料试验规程》的要求，对各项结果进行检测，其检测结果均满足要求 ． １． ２ 试验方法 在实验室里模拟配制酸雨的主要成分，采用硫酸和硝酸配制模拟酸雨，再利用高岭土配制改性沥青 ［］ 混合料进行试验 ． １）采用摩尔比为 ９∶１ 的 ＳＯ４２－ 和 ＮＯ３ － 配 制模拟 酸雨 ９ ，为 了 研 究 不 同 酸 度 的 酸 雨 对沥青混合料 的 影 响，分 别 配 制 ｐＨ＝２． ０， ０的蒸馏水进行对照实 ４． ０， ５． ６ 的 酸 性 溶 液，并 以 ｐＨ＝７． 验； ２）分别以掺量（质量分数）为 ３％ ， ５％ ， ７％ ， ９％ 的高岭土制备 ４ 组改性沥青混合料，并增设 １ 组基质 沥青混合料进行对照研究 ． 在自然界大气降水作用下，路面始终处于干湿交替状 态，为 最 大 限 度 模 拟 酸 雨 的 具 体 作 用，采 用 干 湿循环交替浸泡法 ．首先，把试件放入酸性溶液中浸泡 ７ｄ；然后，将其取 出在自然 状态下干燥 １ｄ，以此 为 １ 个周期，循环往复 ５ 个周期 ．在实验过程中，每天用精密 ｐＨ 试纸测 定模拟酸 雨的 酸 度，当 ｐＨ 值变 化时，继续按照摩尔比为 ９∶１ 的 ＳＯ４２－ 和 ＮＯ３－ 配制模拟酸雨，将溶液的 ｐＨ 值调到初始值 ． １． ３ 试件制备 采用同一个 级 配 制 作 成 ５ 个 试 件，其 中，编 号 Ａ１～ Ａ４ 试 件 的 高 岭 土 掺 量 分 别 为 ３％ ， ５％ ， ７％ ， ９％ ；编号 Ａ５ 为对照组基质沥青试 件 ．在 制 作 试 件 时，根 据 ＪＴＪ０５２－２０００ 《公 路 工 程 沥 青 混 合 料 及 沥 青混合料实验规程》和 ＪＴＧＦ４０－２００４ 《公路沥青路面施工技术规范》中规定的方法，制作 圆柱形试件， 试件尺寸为 １０１． ６ｍｍ×６３． ５ｍｍ，试件成型后，将其放在室温条件下干燥 ３０ｄ． １． ４ 试验配合比设计 在实验过程中，选用 ＡＣ １３ 型配合比设计的空隙 率 控制 在 ４． ０％ ～４． ５％．对 于 高 岭 土 改 性 沥 青 混 ? 合料，在 ＡＣ? １３ 型级配范围的基础上，确定改性沥青混合料的最佳沥青用量 ．分别按照固液比为 ４． ０％ ， ４． ４％ ， ４． ８％ ， ５． ２％ 成型 ４ 组马歇尔试件 ．为了更好地说明问题，采用控制变量的思想，只设置同一个级 配 ．分别将掺量为 ３． ０％ ， ５． ０％ ， ７． ０％ ， ９． ０％ 的高岭土掺加到基质沥 青中，通过析 漏实验和 肯塔堡 飞散 实验，确定改性沥青的最佳固液比为 ５． １％ ２ 试验现象与结果分析 ２． １ 宏观试验现象及描述 根据相关规定和有关操作规程，将制作好的不同高岭土掺量的试件放入配制好的酸雨溶液中，经过 ３ 个周期的浸泡 ． １）第 １ 个浸泡周期：在 ｐＨ＝２． ０ 的溶液中，不同高岭土掺量的马歇尔试件底部均出现 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 胡超，等：雨水酸化条件对高岭土改性沥青路面腐蚀性能的试验模拟 ６２３ 明显气泡；在 ｐＨ＝４． ０ 的溶液中，不同高岭土掺量的 马歇尔试 件底部 也均 出 现 部 分 气 泡；在 ｐＨ＝５． ６， ７． ０ 的溶液中，马歇尔试件表面没有明显变化 ． ２）第 ２ 个浸 泡周期：试件 的变化 情况与第 １ 个 浸 泡 周 期 类似 ． ３）第 ３ 个浸泡周期：在 ｐＨ＝２． ０ 的 溶 液 表 面，浮 油 快 速 增 多，白 色 的 泡 沫 状 物 质 比 之 前 增 加 许 多，用肉眼即可看见溶液中的马歇尔试件表面发生变化；在 ｐＨ＝４． ０ 的溶液中，不同高岭土 掺量 的马歇 尔试件底部不但有部分气泡出现，溶液表面还出现浮油；在 ｐＨ＝５． ６ 的溶液中，马歇尔试件 底部 有少量 气泡；在 ｐＨ＝７． ０ 的溶液中，马歇尔试件基本没有 明 显 变 化；在 所 有 试 件 中，尤 其 以 未 掺 加 高 岭 土 的 马 歇尔试件腐蚀情况最为严重 ． 不同 ｐＨ 值下，第 ４ 个 浸 泡 周 期 后 的 试 件 表 面，如 图 １ 所 示 ．图 １ 中： ａ， ｂ， ｃ， ｄ， ｅ分 别 表 示 掺 量 为 ０％ ， ３％ ， ５％ ， ７％ ， ９％ 的高岭土 ．由图 １ 可知：在第 ４ 个浸泡周期中，不同 ｐＨ 值时的侵蚀情 况有 很大的 区别；当 ｐＨ＝２． ０ 时，试件表面发生了很大的变化，白色区域显著增大，试件表面露出的骨 料越来越多； 当 ｐＨ＝４． ０ 时，试件表面有少量的斑点存 在；当 ｐＨ＝５． ６ 时，马 歇 尔 试 件 表 面 或 多 或 少 地 有 被 侵 蚀 的 痕迹；当 ｐＨ＝７． ０ 时，马歇尔试件表面几乎没有太大变化 ． （ ａ）ｐＨ＝２． ０ （ ｂ）ｐＨ＝４． ０ （ ｃ）ｐＨ＝５． ６ （ ｄ）ｐＨ＝７． ０ 图 １ 不同 ｐＨ 值的第 ４ 个浸泡周期后的试件表面 Ｆ ｉ １ Ｓｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅｏ ｆｓｐｅ ｃ ｉｍｅｎｓａ ｆ ｔ ｅ ｒｔ ｈｅｆ ｏｕ ｒ ｔ ｈｉｍｍｅ ｒ ｓ ｉ ｏｎｃｙ ｃ ｌ ｅａ ｔｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｐＨｖａ ｌ ｕｅ ｓ ｇ． 第 ５ 个浸泡周期后的试件表面，如图 ２ 所示 ．由图 ２ 可知：在第 ５ 个浸泡周期中，当 ｐＨ＝２． ０ 时，试 件表面的白色斑点明显增多，沥青膜面积减小；当 ｐＨ＝４． ０ 时，浸 泡 过 的 试 件 表 面 集 料 外 露，但 白 色 斑 点比 ｐＨ＝２． ０， ０ 的试件表面要少得多；当 ｐＨ＝５． ６ 时，试 件 表 面 的 矿 料 白 色 斑 点 增 加，但 比 ｐＨ 为 ２． ０ 时，沥青试件表面的沥青膜基本完好，可以清楚地看见沥青的颜色 ． ４． ０ 时的少；当 ｐＨ＝７． （ ０ ａ）ｐＨ＝２． （ ０ ｂ）ｐＨ＝４． （ ６ ｃ）ｐＨ＝５． （ ０ ｄ）ｐＨ＝７． 图 ２ 不同 ｐＨ 值的第 ５ 个浸泡周期后的试件表面 Ｆ ｉ ２ Ｓｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅｏ ｆｓｐｅ ｃ ｉｍｅｎｓａ ｆ ｔ ｅ ｒｔ ｈｅｆ ｉ ｆ ｔ ｈｉｍｍｅ ｒ ｓ ｉ ｏｎｃｙ ｃ ｌ ｅａ ｔｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｐＨｖａ ｌ ｕｅ ｓ ｇ． ２． ２ 宏观试件测试结果的定量分析 通过掺加一定比例的高岭土改性沥青，对制作成型的沥青混合料称质量 ．不同高岭土掺量的沥青混 合料经酸雨腐蚀后的质量变化，如表 １ 所示 ．表 １ 中： 犿０ 为浸泡前的平均质量； 犿３５ 为 浸泡 ３５ 天，并且自 然干燥后的平均质量（在雨水酸化条件下，在每个浸泡周期后 都 拿出 来在 自 然 光 下 干 燥，直 到 马 歇 尔 试 件表面的水分完全消失、内部水分大量减少为止）； 犿ａｖ为平均减少的质量； ηｒｅ为质量损失率 ． 由表 １ 可知：在酸性条件下，没有掺加高岭土的基质沥 青马 歇 尔 试 件 的 质 量 损 失 率 大 于 其 他 试 件， 这表明掺加高岭土提高了沥青混合料的抗酸雨腐蚀能力；在不同 ｐＨ 值的条件下，改性沥青 混合 料的质 量均有损失，对于同一级配、不同掺量下的高岭土而言，其减少的质量随着 ｐＨ 值的增大而减少 ． 根据 Ｔ０７０９－２０００ 《沥青混合料马歇尔稳定度试验》的方法，进行高岭土改性沥青混合料最佳固液 比为 ５． １％ 时的马歇尔试验，结果如表 ２ 所示 ．表 ２ 中： 犇 为稳定度，规 范要 求 犇 ≥８ｋＮ； 犉Ｌ 为流值，以 ０． １ｍｍ 计，规范要求流值为 １５～４０． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６２４ ２０１９ 年 表 １ 不同高岭土掺量下沥青混合料经酸雨腐蚀后的质量变化 Ｔａｂ． １ Ｑｕａ ｌ ｉ ｔ ｆａ ｓｐｈａ ｌ ｔｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅｃ ｏ ｒ ｒ ｏｄｅｄｂｙａ ｃ ｉ ｄｒ ａ ｉ ｎｕｎｄｅ ｒｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｋａｏ ｌ ｉ ｎｃ ｏｎ ｔ ｅｎ ｔ ｙｃｈａｎｇｅｏ ｐＨ 值 ２． ０ ５． ６ 试件编号 犿０／ｇ 犿３５／ｇ 犿ａｖ／ｇ Ａ１ １１６４． ３ １１６０． ８ ３． ５ ηｒｅ／％ ０． ２４９ Ａ２ １１５８． ６ １１５４． ３ ４． ３ ０． ３７１ Ａ３ １１７９． ２ １１７３． ３ ５． ９ ０． ５０１ ｐＨ 值 试件编号 犿０／ｇ ４． ０ 犿３５／ｇ 犿ａｖ／ｇ Ａ１ １１５９． ２ １１５９． １ ０． １ ηｒｅ／％ ０． ０９５ Ａ２ １１６７． ４ １１６６． ６ ０． ８ ０． １３７ Ａ３ １１６１． ５ １１６０． ９ ０． ６ ０． １５５ Ａ４ １１７５． ４ １１７０． ４ ５． ０ ０． ４２５ Ａ４ １１８０． １ １１７９． ８ ０． ３ ０． １５３ Ａ５ １１６８． ８ １１６４． ８ ４． ０ ０． ６５９ Ａ５ １１７２． ６ １１７１． ６ １． ０ ０． ３０７ Ａ１ １１８１． ６ １１８０． １ １． ５ ０． ０１７ Ａ１ １１５８． ３ １１５８． １ ０． ２ ０． ００９ Ａ２ １１５９． ５ １１５８． ３ １． ２ ０． ０３５ Ａ２ １１６１． ３ １１６１． １ ０． ２ ０． ０１７ Ａ３ １１８０． １ １１７８． ９ １． ２ ０． ０３４ Ａ３ １１６７． ４ １１６７． ０ ０． ４ ０． ０１７ Ａ４ １１７４． ４ １１７２． ９ １． ５ ０． ０４３ Ａ４ １１７２． １ １１７２． ０ ０． １ ０． ００９ Ａ５ １１７６． １ １１７４． １ ２． ０ ０． ２１３ Ａ５ １１８３． ４ １１８２． ５ ０． ９ ０． ０５１ ７． ０ 表 ２ 高岭土改性沥青混合料最佳固液比为 ５． １％ 时的马歇尔试验结果 Ｔａｂ． ２ Ｍａ ｒ ｓｈａ ｌ ｌｔ ｅ ｓ ｔｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｏ ｆｋａｏ ｌ ｉ ｎｍｏｄ ｉ ｆ ｉ ｅｄａ ｓｐｈａ ｌ ｔｍｉ ｘ ｔ ｕ ｒ ｅｗｉ ｔ ｈｏｐ ｔ ｉｍａ ｌｓ ｏ ｌ ｉ ｄ－ｌ ｉ ｉ ｄｒ ａ ｔ ｉ ｏ５． １％ ｑｕ ｐＨ 值 ２． ０ ５． ６ 试件编号 Ａ１ 犇／ｋＮ １３． ３２ 犉Ｌ ２７ Ａ２ １３． １４ ３２ Ａ３ １１． ２６ ３０ Ａ４ １２． ８９ Ａ５ Ａ１ ｐＨ 值 试件编号 Ａ１ 犇／ｋＮ １５． １５ 犉Ｌ ２２ Ａ２ １５． ０３ ２８ Ａ３ １２． ６５ ３０ ３４ Ａ４ １２． ８６ ３１ ８． ６３ １６． ３２ ３９ ２０ Ａ５ Ａ１ ９． ５６ １６． ６８ ３６ １９ Ａ２ １５． ７３ ２７ Ａ２ １６． ７２ ２２ Ａ３ １３． ６９ ２６ Ａ３ １７． ７９ ２２ Ａ４ １３． ９６ ２６ Ａ４ １９． １２ ２１ Ａ５ １０． ６７ ３０ Ａ５ １２． ３６ ２４ ４． ０ ７． ０ 由表 ２ 可知：掺加高岭土改性后，试件的稳定度均大于基质沥青试件，流值均小于基质沥青试件，这 表明掺加高岭土对提高沥青试件的抗腐蚀能力有很大作用；当高岭土 掺量为 ３％ 时，高岭土 改性 沥青混 合料的抗腐蚀性能最优 ２． ３ 酸性腐蚀的微观定性分析 在模拟酸雨的侵蚀作用下，一些马歇尔试件底部出现明显的气泡，这是由于沥青中的一些成分与酸 雨中的 Ｈ＋ ， ＳＯ２－ ＮＯ３ 等酸性成分发生 反 应，沥 青 中 的 芳 香 烃 等 物 质 在 酸 性 条 件 下 被 氧 化，其 活 性 基 ４ ， 团被腐蚀 ．对于沥青混合料中的石灰岩 集 料，它 的 主 要 成 分 是 ＣａＣＯ３ ，ＭｇＣＯ３ 等 碳 酸 性 物 质，在 酸 性 环 境下很容易发生化学反应，并且酸性越强，反应越剧烈，产生的气泡越多，其反应方程式 ［１０?１４］为 ＣａＣＯ３ ＋２ＨＮＯ３ ＝ Ｃａ（ ＮＯ３） ２ ＋ Ｈ２Ｏ ＋ ＣＯ２ ， ＣａＣＯ３ ＋ Ｈ２ＳＯ４ ＝ ＣａＳＯ４ ＋ Ｈ２Ｏ ＋ ＣＯ２ ， ＣａＣＯ３ ＋ＳＯ２ ＋ Ｈ２Ｏ ＝ ＣａＳＯ３ ＋ ＣＯ２ ＋ Ｈ２Ｏ， ＭｇＣＯ３ ＋２ＨＮＯ３ ＝ Ｍｇ（ ＮＯ３） ２ ＋ Ｈ２Ｏ ＋ ＣＯ２ ， ＭｇＣＯ３ ＋ Ｈ２ＳＯ４ ＝ ＭｇＳＯ４ ＋ Ｈ２Ｏ ＋ ＣＯ２ ． 由反应方程可知：不同 ｐＨ 值时，集料中 ＣａＣＯ３ ，ＭｇＣＯ３ 等成分被 侵蚀是 造成 高岭土改 性沥青 和基 质沥青混合料试件质量减少的主要原因；就整体而言，掺加高岭土试件被侵蚀程度低于基质沥青试件 ． ３ 掺入高岭土对提高路面抗酸腐蚀性的机理分析 ３． １ 电镜扫描分析 对于掺加高岭土的沥青试件，在相同 ｐＨ 值时，随 着 高 岭 土 掺 量 的 增 多，马 歇 尔 试 件 表 面 的 白 色 斑 点逐渐增多，基质沥青马歇尔试件表 面 有 大 面 积 的 蜂 窝 状，而 掺 加 高 岭 土 的 试 件 表 面 并 无 此 明 显 的 现 象，特别 是当 高 岭土 掺 量为 ３％ 时，试件 表 面表 现得最为 平 静 ．为 了 更清 楚地描述 掺加高 岭土 试 件的 效 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 胡超，等：雨水酸化条件对高岭土改性沥青路面腐蚀性能的试验模拟 ６２５ 果，采用微观电镜扫描图片加以分析，如图 ３ 所示 ．图 ３ 中： ６，电镜扫描倍数为 ３０００ 倍 ． ｐＨ＝５． （ ａ）高岭土试件 （ ｂ）基质沥青试件 图 ３ 掺量为 ３％ 的试件在 ５ 个浸泡周期下的微观照片 Ｆ ｉ ３ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏｐ ｉ ｃｐｈｏ ｔ ｏｇ ｒ ａｐｈｓｏ ｆｓｐｅ ｃ ｉｍｅｎｓｗｉ ｔ ｈ３％ ｃ ｏｎ ｔ ｅｎ ｔｉ ｎｆ ｉ ｖｅｉｍｍｅ ｒ ｓ ｉ ｏｎｃｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ｇ． 由图 ３（ ａ）可知：掺量为 ３％ 的高岭土试件中有大量 的 絮 凝 状、纤 维 状 结 构，它 从 某 种 角 度 上 增 强 了 混合料中颗粒与颗粒之间的粘结能力 ．一方面，这是由于掺加的高岭土是典型的硅氧四面体和氢氧八面 体结构 ［１５?１８］，这种结构能够形成六方排列的网格层，使掺加高岭土的改性沥青马歇尔试件具有稳定的化 学性质，具有较强的耐酸能力，所以从宏观上可以看到掺加高岭土的试件明显比没有掺加高岭土试件的 抗腐蚀性能 好；另一 方 面，掺量为 ３％ 的 高岭土 试 件形成的 纤维状 结构不 仅可以增 强沥青 薄膜 的厚 度， 还可以防止酸性物质进入混合料的内部，缓解 Ｈ＋ 对混合料的侵蚀作用，这也解释 了掺加高 岭土能 够提 高沥青混合料抗酸侵蚀的原因 ． 由图 ３（ ｂ）可知：对于没有掺加高岭土的基质沥青试 件，其 表 面被 Ｈ＋ 侵蚀成 疏松 多孔 ．这 是 因 为 沥 青薄膜破裂后，沥青中的羧酸类和酚类物 质 在 Ｈ＋ 的 反 复 作 用 下，发 生 一 定 的 溶 解 和 电 离；基 质 沥 青 试 件的表面被破坏后，酸性物质沿着裂缝继续下渗，破坏了 沥 青混合 料的 组 成 成 分，减 弱 了 沥 青 与 集 料 间 的粘结力，从而降低沥青混合料的强度与稳定性 ． ３． ２ 差示扫描量热分析 利用 Ｚｅ ｔ ｚ ｓ ｅｈＤＳＣ２０４ 型差示扫描量 热 仪 （德 国 耐 驰 仪 器 制 造 有 限 公 司）进 行 热 分 析，参 数 设 置 如 下：速率为 １０ ℃ ·ｍｉ ｎ－１ ；氮气流速为 ３０ｍＬ·ｍｉ ｎ－１ ；测量起始温度为 －１０ ℃ ；结束温度为 １５ ℃．沥青 与高分子材料一样，都会随着温度的升高而出现相态上的变化，在差示扫描量热法（ ＤＳＣ）曲 线上 体现为 波峰的产生；沥青与高分子材料不同的是，由于沥青是众 多组分组 成的 混 合 物，而 不 同 组 分 的 相 态 转 化 温度并不相同，所以基质沥青 在 ＤＳＣ 曲 线 上 表 现 出 多 组 分 相 态 转 变 峰 的 一 个 重 叠 峰 ．样 品 的 ＤＳＣ 曲 线，如图 ４ 所示 ．图 ４ 中： 犎Ｆ 为热流； 狋 为温度 ． （ ａ）基质沥青 （ ｂ）掺量为 ３％ 的高岭土改性沥青 图 ４ 沥青样品的 ＤＳＣ 曲线 Ｆ ｉ ４ ＤＳＣｃｕ ｒ ｖｅｏ ｆａ ｓｐｈａ ｌ ｔｓ ａｍｐ ｌ ｅ ｇ． 从表面化学的角度分析，高岭土使沥青改性的过程不仅是一个简单的共混过程，还是对沥青自身性 质的一个改变 ．由图 ４ 可知：经过高岭土改性后，沥青的吸热峰得到降 低；掺量 为 ３％ 的高岭 土改 性沥青 吸热量减少、峰值温度提高、没有新的吸热峰产生、特征吸热峰的位置没有出现明显的位移，这充分说明 高岭土改性沥青没有新的官能团产生，改性沥青的稳定性得到增强，同时，沥青的流变性得到改变，沥青 的感温性得到降低；这也说明掺量为 ３％ 的高岭土改性沥青马歇尔试 件的稳 定性、抗酸腐蚀 性均优 于基 质沥青试件 ．差示量热扫描分析得出的结论与节 ３． １ 电镜扫描分析得出的结论一致 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６２６ ２０１９ 年 ４ 结论 以酸雨对沥青路面的侵蚀为背景，通过 ５ 个 周 期 的 泡 酸 试 验，在 不 同 掺 量 的 高 岭 土、不 同 ｐＨ 值 的 条件下，研究酸雨对高岭土改性沥青混合料路面的影响，得出以下 ４ 点结论 ． １）在基质沥青中，无论高岭土掺量多少，其效果均优于没有掺加高岭土的基质沥青 ． ２）造成沥青混合料发生侵蚀现象主要是由 ＳＯ２－ ＮＯ３ ， Ｈ＋ 引起 ． ４ ， ３）基质沥青混合料及掺加高岭土改性后的沥青混合料的腐 蚀程度 均随着 ｐＨ 值的增 大而减弱，这 也从侧面说明 ｐＨ 值越低，酸雨对沥青混合料的侵蚀作用越剧烈 ． ４）在确定雨水酸化的条件下，提高路面强度的最佳高岭土的掺量为 ３％． 参考文献： ［ １］ 薛梅 ．酸雨的形成及其危害［ Ｊ］．内蒙古石油化工， １９９９， ２５（ ４）： １０８． ［ ２］ 杨军，刘文玲 ．酸性降水成因及其控制对策的探讨［ Ｊ］．黑龙江环境通报， ２０００， ２４（ １）： ２５ ２６． ? ［ ｉ ｓ ｓｎ． １００５?７８５４． ３］ 赵志龙 ．我国酸雨状况及综合防治对 策 研 究 ［ Ｊ］．矿 冶， ２００７， １６（ ３）： ６３?６８． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ２００７． ｊ． ０３． ０１． ［ ４］ 韩国钢 ．中国 ２０２０ 年环境保护战略目标预测［Ｍ］．北京：中国环境科学出版社， １９９３． ［ ５］ 彭中遥 ．我国环境污染强制责任保险的立法选择［ Ｊ］．华侨大学大学学报（哲学社会科学版）， ２０１８，（ ４）： ８６ ９７． ? ［ ６］ 沙庆林 ．高速公路沥青路面早期破坏现象及预防［Ｍ］．北京：人民出版社， ２００１． ［ ７］ 沈金安 ．解决高速公路沥青路面水损害早期 损 坏 的 技 术 路 径［ Ｊ］．公 路， ２０００（ ５）： ７１ ７６． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． ０４５１ ? ? ｊ． ０７１２． ２０００． ０５． ０２２． ［ ８］ 刘立新 ．沥青混合料粘弹性力学及材料学原理［Ｍ］．北京：人民交通出版社， ２００６． ［ ９］ 张倩 ．酸雨对沥青混合料侵蚀作用的试验模拟［ Ｊ］．西安建筑科技大学学报（自然科 学 版）， ２００５， ３７（ １）： ８６ ８９． ＤＯＩ： ? １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １００６ ７９３０． ２００５． ０１． ０１８． ? ｊ． ［ １０］ 张虎元，高全全，董兴玲，等 ．酸雨对混凝土的 类 碳 化 作 用［ Ｊ］．混 凝 土， ２００８（ ２）： １２ １４． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １００２ ? ? ｊ． ３５５０． ２００８． ０２． ００３． ［ １１］ 张倩，彭余华，尤晓 ．酸雨腐蚀沥青混合料中集料的热力学分析［ Ｊ］．中外公路， ２００４， ２４（ ２）： ７１ ７３． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ? ｊ． ２５７９． ２００４． ０２． ０２１． ｉ ｓ ｓｎ． １６７１ ? ［ １２］ 张倩，贾晓军，李艳丽，等 ．酸雨 对 沥 青 混 合 料 强 度 及 空 隙 率 影 响 的 模 拟 研 究 ［ Ｊ］．中 外 公 路， ２００５， ２５（ １）： ７８?８０． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １６７１ ２５７９． ２００５． ０１． ０２１． ? ｊ． ［ １３］ 张倩，胡建荣，彭余华酸雨 腐 蚀 沥 青 混 合 料 中 矿 料 的 化 学 机 理 分 析 ［ Ｊ］．公 路， ２００４（ ２）： １０４ ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ?１０６． ｊ． ０７１２． ２００４． ０２． ０２５． ｉ ｓ ｓｎ． ０４５１ ? ［ １４］ 张倩，赵洁，史梦琪，等 ．自然因 素 作 用 下 沥 青 老 化 化 学 机 理 分 析 ［ Ｊ］．西 安 建 筑 科 技 大 学 学 报， ２００４， ３６（ ４）： ４５７? ４５９． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １００６ ７９３０． ２００４． ０４． ０２０． ? ｊ． ［ １５］ ＳＯＬＤＡＮ Ｍ， ＫＯＢＥＴＩＣＯＶＡ Ｈ， ＧＥＲＵＬＯＶＡ Ｋ． Ｐｈｏ ｔ ｏ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｔ ｉ ｃｄｅｇ ｒ ａｄａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｍｅ ｔ ｈｙ ｌ ｅｎｅｂ ｌ ｕｅｕｓ ｉ ｎｇｇ ｌ ａ ｓ ｓｆ ｉ ｂｅ ｒ ｓ ｙ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｔ ｉ ｃｌ ａｙｅ ｒｃ ｏｖｅ ｒ ｅｄｗｉ ｔ ｈｒ ｅｄｍｕｄ［ Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＭａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓａｎｄＡｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｓ， ２０１７， ６（ １）： ２３ ２６． ? ｙ ［ １６］ ＡＧＢＬＥＶＯＲＦ， ＥＬＬＩＯＴＴ ＤＣ， ＳＡＮＴＯＳＡ Ｄ Ｍ， 犲 狋犪 犾． Ｒｅｄ ｍｕｄｃ ａ ｔ ａ ｌ ｔ ｉ ｃｐｙ ｒ ｏ ｌ ｓ ｉ ｓｏ ｆｐ ｉ ｎｙｏｎｊ ｕｎ ｉ ｒａｎｄｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅ ? ｙ ｙ ｐｅ ｓ ｔ ａｇｅｈｙｄ ｒ ｏ ｔ ｒ ｅ ａ ｔｍｅｎ ｔｏ ｆｏ ｉ ｌ ｓ［ Ｊ］．Ｅｎｅ ｒ ｌ ｓ， ２０１６， ３０（ １０）： ７９４７?７９５８．ＤＯＩ： １０． １０２１／ａ ｃ ｓ． ｅｎｅ ｒ ｆ ｕｅ ｌ ｓ． ｇｙ ａｎｄ Ｆｕｅ ｇｙ ６ｂ００９２５． ［ １７］ 汪先三 ．我国高岭土开发利用 现 状 及 应 用 前 景 ［ Ｊ］．中 国 非 金 属 矿 工 业 导 刊， ２０１６（ ２）： ８?９． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． ｊ． １００７ ９３８６． ２０１６． ０２． ００３． ? ［ １８］ 曾梦澜，赵宇，潘浩志，等 ．欧洲岩沥青改性沥青结合料使用性能试验研究［ Ｊ］．湖 南 大 学 学 报（自 然 科 学 版）， ２０１６， ｉ ｓ ｓｎ． １６７４ ４３（ ５）： １２５ １３０． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ２９７４． ２０１６． ０５． ０１６． ? ? ｊ． （责任编辑：陈志贤 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：方德平） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１８１２０１５ ? 集装箱房内贴多孔材料吸、放湿 对空调冷凝水量的影响 吴艳，冉茂宇 （华侨大学 建筑学院，福建 厦门 ３６１０２１） 摘要： 为了探讨集装箱房内贴多孔隔热材料吸、放湿对空调冷凝水量的影响，首先，利用足尺集装箱房，基于 封闭箱热扰法，测试酚醛板和挤塑板的吸、放湿能力，并 验 证 集 装 箱 密 闭 的 有 效 性；然 后，对 比 不 同 气 候 有、无 换气状态下，集装箱房的空调冷凝水量；最后，通过冷凝 水 实 测 量 和 材 料 干 基 含 湿 量 变 化，推 算 材 料 放 湿 对 冷 凝水产生量的影响 ．结果表明：酚醛板的吸、放湿能力远大于挤塑板；在无换气时，内贴材料吸、放湿能力越大， 空调冷凝水持续产生能力越强，总产生量越大；在有换气时，冷凝水量受新风量与内贴材料吸、放湿的影响，材 料放湿的影响比无换气时弱；基于冷 凝 水 实 测 量 和 材 料 干 基 含 湿 量 变 化，推 算 材 料 的 放 湿 量，两 者 具 有 一 致 性，可采用空调运行前、后干基含湿量变化，估算材料吸、放湿对冷凝水量的影响 ． 关键词： 隔热材料；吸湿；放湿；空调冷凝水；集装箱房 中图分类号： ＴＵ１１１；ＴＵ８３１． ３７ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６２７ ０７ ? ? ? 犈犳 犳 犲 犮 狋狅 犳犕狅 犻 狊 狋 狌 狉 犲犃犫 狊 狅 狉 狋 犻 狅狀犪狀犱犇犲 狊 狅 狉 狋 犻 狅狀狅 犳 狆 狆 犐 狀 狋 犲 狉 犻 狅 狉犘狅 狉 狅狌 狊犕犪 狋 犲 狉 犻 犪 犾 狊狅狀犃犻 狉 犻 狋 犻 狅狀 犻 狀犵 ?犆狅狀犱 犆狅狀犱 犲狀 狊 犪 狋 犲犻 狀犆狅狀 狋 犪 犻 狀犲 狉犚狅狅犿狊 ＷＵ Ｙａｎ，ＲＡＮ Ｍａｏｙｕ （ Ｓｃｈｏｏ ｌｏ ｆａ ｒ ｃｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｕｒ ｅ，Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｙ，Ｘｉ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｔｏｅｘｐ ｌ ｏ ｒ ｅｔ ｈｅｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔｏ ｆｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅａｂｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｄｅ ｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｒｐｏ ｒ ｏｕｓｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓｏｎａ ｉ ｒ ｃ ｏｎ  ? ｐ ｐ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎｇｃ ｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｉ ｎｃ ｏｎ ｔ ａ ｉ ｎｅ ｒｒ ｏｏｍｓ，ｆ ｕ ｌ ｌｓ ｉ ｚ ｅｃ ｏｎ ｔ ａ ｉ ｎｅ ｒｒ ｏｏｍｓｗｅ ｒ ｅｕｓ ｅｄ．Ｂａ ｓ ｅｄｏｎｔ ｈｅｃ ｌ ｏ ｓ ｅｄｂｏｘｈｏ ｔｉ ｎ  ｈｅｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅａｂｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｄｅ ｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｃ ａｐａ ｃ ｉ ｔ ｆｐｈｅｎｏ ｌ ｉ ｃｂｏａ ｒ ｄａｎｄｅｘ ｔ ｒ ｕｄｅｄｂｏａ ｒ ｄｗａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅｍｅ ｔ ｈｏｄ，ｔ ｐ ｐ ｙｏ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅｄ，ａｎｄｔ ｈｅｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅｎｅ ｓ ｓｏ ｆｔ ｈｅａ ｉ ｒ ｔ ｉ ｔｃ ｏｎ ｔ ａ ｉ ｎｅ ｒｒ ｏｏｍｓｗａ ｓｖｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｅｄ．Ｉ ｎｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｃ ｌ ｉｍａ ｔ ｅ ｓｗｉ ｔ ｈｏ ｒｗｉ ｔ ｈｏｕ ｔ ｇｈ ｈｅｃ ｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｐ ｒ ｏｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｃ ｏｎ ｔ ａ ｉ ｎｅ ｒｒ ｏｏｍｓｗａ ｓｃ ｏｍｐａ ｒ ｅｄ．Ｔｈｅｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔｏ ｆｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅｄｅ  ｖｅｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ，ｔ ｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｏｎｃ ｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｐ ｒ ｏｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎｗａ ｓｃ ａ ｌ ｃｕ ｌ ａ ｔ ｅｄｔ ｈｒ ｏｕｇｈｔ ｈｅｃ ｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｍｅｎ ｔａｎｄｔ ｈｅｃｈａｎｇｅｏ ｆｔ ｈｅ ｐ ｄ ｒ ｓ ｅｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅｃ ｏｎ ｔ ｅｎ ｔｏ ｆｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ．Ｔｈｅｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｔ ｈａ ｔ，ｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅａｂｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｄｅ ｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｐｈｅｎｏ ｌ ｉ ｃ ｙｂａ ｐ ｐ ｂｏａ ｒ ｄｉ ｓｂｅ ｔ ｔ ｅ ｒｔ ｈａｎｔ ｈａ ｔｏ ｆｅｘ ｔ ｒ ｕｄｅｄｂｏａ ｒ ｄ．Ｗｉ ｔ ｈｏｕ ｔｖｅｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ，ａ ｓｔ ｈｅｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅａｂｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｄｅ ｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｃ ａ  ｐ ｐ ｃ ｉ ｔ ｆｔ ｈｅｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｒｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ，ｔ ｈｅｃ ｏｎ ｔ ｉ ｎｕｏｕｓｐ ｒ ｏｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎｃ ａｐａ ｃ ｉ ｔ ｌ ｅｐ ｒ ｏｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｃ ｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅ ｙａｎｄｗｈｏ ｐａ ｙｏ ｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ．Ｗｉ ｔ ｈｖｅｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ，ｔ ｈｅｐ ｒ ｏｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｃ ｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｉ ｓａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｅｄｂｙｖｅｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅａｂｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎａｎｄ ｐ ｈｅｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔｏ ｆｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅｄｅ ｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓｏｎｃ ｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｉ ｓｌ ｅ ｓ ｓｔ ｈａｎｔ ｈａ ｔ ｄｅ ｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｒｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ，ｔ ｐ ｐ ｗｉ ｔ ｈｏｕ ｔｖｅｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ．Ｔｈｅｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅｄｅ ｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓｃ ａ ｌ ｃｕ ｌ ａ ｔ ｅｄｂｙｏｎｔ ｈｅｃ ｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｍｅｎ ｔｉ ｓ ｐ 收稿日期： ２０１８ １２ １８ ? ? 通信作者： 冉茂宇（ ｃ ｏｍ． １９６７ Ｅ ｉ ｌ： ３７３６６４４８９＠ｑｑ． ?），男，教授，博士，主要从事建筑热工与建筑节能的研究 ． ?ｍａ 基金 项 目： 国家自然科学基金资助项目（ ５１６７８２５４）； 华 侨 大 学 研 究 生 科 研 创 新 能 力 培 育 计 划 资 助 项 目 （ １７０１３０８５００７） 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６２８ ２０１９ 年 ｃ ｏｎｓ ｉ ｓ ｔ ａｎ ｔｗｉ ｔ ｈｔ ｈａ ｔｃ ａ ｌ ｃｕ ｌ ａ ｔ ｅｄｂｙｔ ｈｅｃｈａｎｇｅｏ ｆｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅｃ ｏｎ ｔ ｅｎ ｔｉ ｎｔ ｈｅｄ ｒ ｓ ｅｏ ｆｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ．Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏ ｆ ｙｂａ ｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅｃ ｏｎ ｔ ｅｎ ｔｉ ｎｔ ｈｅｄ ｒ ｓ ｅｂｅ ｆ ｏ ｒ ｅａｎｄａ ｆ ｔ ｅ ｒｔ ｈｅｏｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆａ ｉ ｒｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎｇｃ ａｎｂｅｕｓ ｅｄｔ ｏｅ ｓ ｔ ｉｍａ ｔ ｅｔ ｈｅ ｙｂａ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔｏ ｆｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅａｂｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｄｅ ｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓｏｎｔ ｈｅｃ ｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅ． ｐ ｐ 犓犲 狉 犱 狊： ｈｅ ａ ｔｉ ｎｓｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ；ｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅａｂｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎ；ｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅｄｅ ｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎ；ａ ｉ ｒ ｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎｇｃ ｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅ； ? ｐ ｐ 狔狑狅 ｃ ｏｎ ｔ ａ ｉ ｎｅ ｒｒ ｏｏｍ 南方湿热地区，空调已是居家必备，因此，冷凝水产生量巨大 ．回收利用空调冷凝水不仅可以减少环 境污染，还可节约水资源 ．近年来，国内外学者对空调冷凝水的回收利用进行了研究，其用途主要包括冷 却塔补水、卫生用水、绿化浇灌、空调冷凝器降温、辅助饮用水等 ［１?５］．由于冷凝水产生量是其回收 利用首 先要确定的问题，因此，学者对不同 空 调 系 统 的 冷 凝 水 产 生 量 进 行 了 估 算 或 实 测 ．陈 楠 等 ［６］估 算 我 国 ４ ［］ 个气候区房间空调器冷凝水量为 １． ５４８ｋｇ·ｈ－１ ；肖洪海等 ７ 实测 ＫＦＲ? ３２ＧＷ／Ｅ 机型空调 冷凝 水量为 ［］ ［］ １． ２ｋｇ·ｈ－１ ；魏燕等 ８ 计算 ＭＤＶ? ＪＤ２２Ｇ／Ｙ 型挂壁式室内机冷凝水量为 ２． ７６ｋｇ·ｈ－１ ；梁仁建 ９ 计算 ［ ］ 某品牌 ＫＦ １２０ 型柜式空调冷凝水量为 ９． ２９ｋｇ·ｈ－１ ；张东放 １０ 实测深圳某高层平均冷 凝水量为 ３． ８３ ? ［ ］ ［ ］ ｋｇ·ｈ－１ ；万丽霞等 １１ 理论计算 ３５００ Ｗ 的分体空 调 冷 凝 水 量 为 ２． ４３ｋｇ·ｈ－１ ；韩 靖 等 １２ 估 算 某 厂 房 ［ ］ 单 台组合式空气处理机额定工况冷凝水量为 ４２１． ２ｋｇ·ｈ－１ ；赖晓波 １３ 计算 ＫＦＲ? ２６ＧＷ 型家用空调冷 ［ ］ 凝水量为 ３ｋｇ·ｈ－１ ；魏留柱 ［１４］计算 ３５００ Ｗ 家用 空 调 冷 凝 水 量 为 ２． ０８ｋｇ·ｈ－１ ；任 晶 １５ 计 算 某 教 室 ［ ］ 柜式空调冷凝水量为 ５． ４ｋｇ·ｈ－１ ，发 现 实 测 值 与 计 算 值 有 较 大 误 差；陈 文 静 等 １６ 计 算 某 办 公 室 不 同 温、湿度下的冷凝水量；高峰等 ［１７］以天津地区办公建筑为例，对冷凝水量 进行静 态计 算 ．然 而，现 有文献 理论估算或实测空调冷凝水量时，几乎未考虑室内材料吸、放湿的影响，且缺乏实测值与估算值的对比 ． 为了探究房间内贴多孔材料吸、放湿对空调冷凝水产生量的影响，本文利用足尺集装箱内贴多孔酚醛板 与挤塑板，首 先，基 于封闭箱热扰 法 ［１８］测试 集 装箱房 的密 闭性和 材料 吸、放湿能 力；然后，分 别 在 有、无 换气下，测试空调冷凝水产生量；最后，通过冷凝水实测量和材料干基含湿量变化，推算材料放湿对冷凝 水产生量的影响 ． １ 实验部分 １． １ 实验装置与测试内容 测试装置为 ３ 个集装箱房，尺寸均为 ３３００ｍｍ（长）×３０００ ｍｍ（宽 ）×３０００ ｍｍ（高 ），如 图 １ 所 示 ．集 装 箱 房 的 箱 体 选 择 １４０ｍｍ（宽）×３ ｍｍ（厚 ）的 Ｃ 型 钢 为 骨 架，底 部 采 用 １２０ ｍｍ （宽）×３ ｍｍ（厚）的 Ｃ 型 钢 加 强，侧 面 厚 为 １． ２ ｍｍ 的 压 型 钢 板，顶部厚为 １． ５ ｍｍ 的 压 型 钢 板；地 板 采 用 钢 龙 骨 焊 接，铺 设 厚 ２ｍｍ 的钢板 ．每个集装箱房设 门 窗 对 开，门 为 ０． ９ ｍ（宽）× 图 １ 集装箱房现场图 Ｆ ｉ １ Ｃｏｎ ｔ ａ ｉ ｎｅ ｒｒ ｏｏｍ犻 狀狊 犻 狋 狌 ｇ． ２． ０ｍ（高）的铁门，位于墙面端部；窗为 １． ５ｍ（宽）×１． ２ｍ（高）的铝合金窗，位于墙面中心，两扇推拉 ． ３ 个集装箱房错开布置于华侨大学厦门园区建筑学科实验大楼 ４ 层屋顶，分别标记为 Ａ 箱、 Ｂ 箱、 Ｃ 箱． Ａ 箱和 Ｂ 箱内表面分别贴设干密度为 ３５． １ｋｇ·ｍ－３ 的多孔酚醛板和干密度为 ２４． ７ｋｇ·ｍ－３ 的多孔挤塑 板隔热层，天花、墙面、地面隔热层的厚度分别为 １００， ７５， ５０ｍｍ； Ｃ 箱内表面不做任何处理 ．每个集装箱 安装 １ 台格力 ＫＦＲ? ２６Ｗ／Ｒ０１ ２ 型空调器 ． ? 测试内容及参数，如表 １ 所示，包括 ３ 个方面： ２０１８ 年 ５ 月 １４ 日 ２０： ３０ 至 １６ 日 ２０： ３０，集装箱房气 密性及材料吸、放湿测试； ２０１８ 年 ５ 月 １７ 日 ８： ００ 至 ２０： ００，集 装 箱 房 密 封 时，空 调 冷 凝 水 量 测 试； ２０１８ 年 ６ 月 １６ 日 ８： ００ 至 ２０： ００，集装箱房新风换气 ３０ｍ３ ·ｈ－１ 时，空调冷凝水量测试 ． 表 １ 测试内容及参数 Ｔａｂ． １ Ｔｅ ｓ ｔｃ ｏｎ ｔ ｅｎ ｔａｎｄｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ 测试内容 气密性及吸、放湿 封闭态的冷凝水量 测试参数 室内外气象参数 室内外气象参数；空调冷凝水量 测试目的 验证集装箱气密性；探究内贴材料吸、放湿性能 探究材料吸、放湿对空调冷凝水量影响 换气态的冷凝水量 室内外气象参数；空调冷凝水量 进一步探究材料吸、放湿对空调冷凝水量影响 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 吴艳，等：集装箱房内贴多孔材料吸、放湿对其空调冷凝水量的影响 ６２９ １． ２ 测试方法与仪器 测试参数及相应的仪器，如表 ２ 所示 ．移动气象站布置在与集装箱同一屋顶的 ５ ｍ 左右 处，每 隔 ３０ ｍｉ ｎ 记录一次；温湿度仪室内测点位于集装箱房中心，室外测点位于进风口出，每隔 ５ｍｉ ｎ 记录一次 ． 表 ２ 测试参数及相应的仪器 Ｔａｂ． ２ Ｔｅ ｓ ｔｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓａｎｄｉ ｎｓ ｔ ｒ ｕｍｅｎ ｔ ｓ 测试参数 测试仪器 测试范围 仪器精度 室外空气温度／℃ 室外空气相对湿度／％ ＰＨ? １ 型移动气象站 ＰＨ? １ 型移动气象站 －４０～８０ ±０． ２ ０～１００ ±３ 室内、外空气温度／℃ －２０～８０ ±０． ６ 室内、外空气相对湿度／％ ＡＺ８８２９ 型温湿度仪 ＡＺ８８２９ 型温湿度仪 ０～１００ ±３ 空调冷凝水量／ｋｇ 试样质量／ｇ ＡＣＳ ＪＳ 型电子计数秤 ? ＤＪ ５００ 型电子天平 ０～１０ ±０． ００１ ０～５００ ±０． ０１ 集装箱气密性及材料吸、放湿能力测试前，开启集装箱门窗通风３ｄ，让室内材料与室外湿空气充分 接触 ．测试时，用透明胶带对门窗缝隙及通风口等进行密封 ．冷凝水量测试时，设定箱内温度为２０ ℃ ，风 速自动，用量筒收集冷凝水，每隔 ２ｈ 称量 １ 次 ．新风量由 ＤＰ２００Ａ 型风机控制，并通过直径 １１ｃｍ 管段 与集装箱进风口相连 ． 多孔酚醛板和挤塑板在空调运行前、后进行干基含湿量测试，每个 集装箱 选取 ６ 组试样，尺寸 为 ２５ ｍｍ（长）×４５ｍｍ（宽）×４０ｍｍ（高），实验前 ３ｄ 置于箱内 ．空调运行前，称其 湿质量，然后，将试 样置于 ７０ ℃ 的烘箱中，连续烘干 ４８ｈ 后，再间隔２ｈ 称量 １ 次，直至相邻 ３ 次称得质量的标准差不大于０． １％ ， 认为达到干质量 ［１９］．采用密封称量法对试样进行称量 ［２０］． ２ 测试结果与分析 ２． １ 气密性和吸、放湿性能 ３ 个集装箱内，空气温度（ ３ 个集 装箱内， θ）和相对湿度（ φ）随时间的变化，如图 ２ 所示 ．由图 ２ 可知： 空气温度的升高与下降有一定的滞后，这是由于各箱保温隔热水平不同；在白天，随着箱内气温的升高， 内贴材料向室内空气放出水分，反之，在夜间，内贴 材 料 会 吸 收 空 气 中 的 水 分，这 就 是 Ａ， Ｂ 箱中相对湿 度波动相对于 Ｃ 箱小的原因 ． ３ 个集装箱内，室 内含湿量（ 犱）随时 间 的变 化，如图 ３ 所示 ．由图 ３ 可 知： Ｃ 箱 空气的 含湿量基 本 不 变，说明集装箱在白天受热、夜间受冷及在室外风压作用 下，其 气密 性良 好； Ａ 箱 中 酚 醛 板 的 吸、放 湿 能 力较 Ｂ 箱中挤塑板的强 ．原因在于，挤塑板（ ＸＰＳ）是由 聚苯乙 烯树脂 及 其 他 添 加 剂 经 挤 压 制 造，拥 有 连 续均匀表层及闭孔式蜂窝结构，这 种 闭 孔 式 结 构 吸 湿 性 能 较 弱；而 酚 醛 树 脂 化 学 式 为 Ｃ７Ｈ６Ｏ２ ，含 有 酚 羟基，理论上具有更强的亲水性 ． 图 ２ 室内温度和相对湿度随时间的变化 图 ３ 室内含湿量随时间的变化 Ｆ ｉ ２ Ｉ ｎｄｏｏ ｒｔ ｅｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅａｎｄｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖｅ ｇ． Ｆ ｉ ３ Ｉ ｎｄｏｏ ｒｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅｃ ｏｎ ｔ ｅｎ ｔｏ ｆ ｇ． ｈｕｍｉ ｄ ｉ ｔ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏｎｗｉ ｔ ｈｔ ｉｍｅ ｙｖａ ａ ｉ ｒｖａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏｎｗｉ ｔ ｈｔ ｉｍｅ ２． ２ 封闭状态集装箱冷凝水产生量 在封闭状态下， ３ 个集装箱内、外空 气 温 度 和 相 对 湿 度 的 变 化，如 图 ４， ５ 所 示 ．由 图 ４ 可 知：空 箱 Ｃ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６３０ ２０１９ 年 由于无隔热材料，空调冷气量不足，箱内气温远高于 Ａ， Ｂ 箱，只是在空调运行前期和后期有 较短 时间的 温度下降；而 Ａ， Ｂ 箱的室内气温均能维持在 ２０ ℃ 左右 ．由图 ５ 可知：由于空箱 Ｃ 的箱内温度高，且无材 料放出水分，因此，其相对湿度最低，维持在 ２０％ 左右； Ｂ 箱由于有挤塑板放出少量水分，相对湿度维持 在 ３０％ 左右； Ａ 箱由于酚醛板能放出足够水分，相对湿度维持在 ６０％ 左右 ． 图 ４ 封闭状态空气温度的变化 图５ Ｆ ｉ ４ Ａｉ ｒｔ ｅｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅｖａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎｃ ｌ ｏ ｓ ｅｄｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｇ． 封闭状态空气相对湿度的变化 Ｆ ｉ ５ Ａｉ ｒｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖｅｈｕｍｉ ｄ ｉ ｔ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎｃ ｌ ｏ ｓ ｅｄｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｇ． ｙｖａ 封闭状态下，各箱中的空气含湿量，如图 ６ 所示 ．由图 ６ 可知： Ｂ 箱的空气含湿量最低，其次是 Ｃ 箱， 最后是 Ａ 箱 ．由于 Ｂ 箱的空调能将室内温度降低并维持在设定温度，当室内空气掠过冷凝 管时，具有冷 凝除湿的能力，然而挤塑板放出的水分不足，难以 补充空气 因冷凝而排出的水 量，所 以，其 空 气 含 湿 量 最 低 ． Ｃ 箱因空 调冷量不足，除了空 调 运 行 前 期，几 乎 不 产 生 冷 凝 水，故 其 含湿量高于 Ｂ 箱 ． Ａ 箱 空调能将 室内温 度 降低并 维持在 设 定温度，且酚醛板放出水分，因此，箱内含湿量最高 ． 在封闭状态下，集 装 箱 每 小 时 冷 凝 水 产 生 量 （ 犿ｐ１ ），如 图 ７ 所 示 ．由 图 ７ 可 知：各 箱 冷 凝 水 产 生 量 随 着 时 间 的 增 加，总体呈递减趋 势； Ｃ 箱 仅 在 空 调 开 启 １ｈ 内，冷 凝 水 产 生量较为显著，随 后 产 生 量 很 少，几 乎 可 以 忽 略； Ｂ 箱因空 调将温度维持在设定值，且挤塑板有少量水分持续放 出，所 图 ６ 封闭状态空气含湿量的变化 以，冷凝水产生 量 高 于 Ｃ 箱；Ａ 箱 由 于 酚 醛 板 持 续 放 出 大 Ｆ ｉ ６ Ａｉ ｒｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅｃ ｏｎ ｔ ｅｎ ｔ ｇ． ｖａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎｃ ｌ ｏ ｓ ｅｄｓ ｔ ａ ｔ ｅ 量水分，因此，冷凝水 产 生 量 持 续 较 长 时 间，在 １８： ００ 前 均 远大于 Ｂ 箱和 Ｃ 箱；在 １８： ００ 后， ３ 个集装箱产生的冷凝水量相当，且都很小，说明室内空气与材料和盘 管之间的湿交换几乎达到平衡 ． 封闭状态冷凝水产量的累计值（ 犿ａ），如图 ８ 所示 ．由图 ８ 可知： Ｃ 箱冷凝水累计量变化很小，其次是 Ｂ 箱，最后是 Ａ 箱 ．在 １７： ００ 前， Ａ 箱冷凝水产生量远高于 Ｂ， Ｃ 箱，说明内贴多孔材料吸、放湿对 冷凝水 产生量有不同程度的影响，材料吸、放湿能力越大，持续产生冷凝水时间越长，总的冷凝水量也越大 ． 图 ７ 封闭状态每小时冷凝水产量 图 ８ 封闭状态冷凝水产量的累计值 Ｆ ｉ ７ Ｃｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｙ ｉ ｅ ｌ ｄｐｅ ｒｈｏｕ ｒｉ ｎｃ ｌ ｏ ｓ ｅｄｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｇ． Ｆ ｉ ８ Ａｃ ｃｕｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｖｅｖａ ｌ ｕｅｏ ｆｃ ｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｉ ｎｃ ｌ ｏ ｓ ｅｄｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｇ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 吴艳，等：集装箱房内贴多孔材料吸、放湿对其空调冷凝水量的影响 ６３１ ２． ３ 换气态集装箱冷凝水产生量 维持新风换气量约为 ３０ｍ３ ·ｈ－１ ，在换气状态下， ３ 个集装箱内、外空气温度和相对湿度的变化，如 图 ９， １０ 所示 ．换气状态下，空气含湿量的变化，如图 １１ 所示 ． 图 ９ 换气状态空气温度的变化 图 １０ 换气状态空气相对湿度的变化 Ｆ ｉ ９ Ａｉ ｒｔ ｅｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅｖａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏｎｗｉ ｔ ｈｖｅｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｇ． Ｆ ｉ １０ Ａｉ ｒｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖｅｈｕｍｉ ｄ ｉ ｔ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏｎｗｉ ｔ ｈｖｅｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｇ． ｙｖａ 对比图 ４， ９ 可知：换 气 状 态 的 室 外 气 温 较 封 闭 状 态 时 高， Ｂ 箱在白天高温时段制冷能力稍 显不 足，温度 不能 维持 在设定值 ２０ ℃ ，而 Ａ 箱仍然能维持在设定值 ．对比图 ５， １０ 可知：换气状态下，室 外 空 气 相 对 湿 度 远 小 于 封 闭 状 态 ．对 比图 ６， １１ 可 知：换 气 状 态 下，室 外 空 气 含 湿 量 （平 均 值 为 １１． ８ｇ·ｋｇ－１）远小于封闭状态 室 外 空 气 含 湿 量（ １８． ７ｇ· ｋｇ－１）．对比图 ４～６ 与 图 ９～１１ 可 知：换 气 状 态 下， ３个集 装箱室内温、湿度及含湿量的变化与封闭状态时相似 ． 换气状态下，每隔 ２ｈ 测 得 的 冷 凝 水 量 （ 犿ｐ２ ），如 图 １２ 图 １１ 换气状态空气含湿量变化 所示 ．换气状态下，冷 凝 水 量 的 累 计 值，如 图 １３ 所 示 ．由 图 Ｆ ｉ １１ Ａｉ ｒｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅｃ ｏｎ ｔ ｅｎ ｔ ｇ． １２， １３ 可知： Ｂ， Ｃ 箱的冷凝水累计量随着时间变化呈线性 增加关系，但 Ａ 箱 在 午 后 却 呈 减 小 趋 势 ．对 比 图 ８， １３ 可 ｖａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆａ ｉ ｒ ｔ ａ ｔ ｅ ｙｓ 知：在换气状态下， Ａ 箱的冷凝水累计量减少 ．原因在于，换气状态下，室外空气含湿量小，使酚醛板在空 调运行前含湿量减少 ． 图 １２ 换气状态每 ２ｈ 的 冷凝水量 图 １３ 换气状态冷凝水量的累计值 Ｆ ｉ １２ Ｃｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｙ ｉ ｅ ｌ ｄｐｅ ｒ２ｈｏｕ ｒ ｓ ｇ． Ｆ ｉ １３ Ａｃ ｃｕｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｖｅｖａ ｌ ｕｅｏ ｆ ｇ． ｗｉ ｔ ｈｖｅｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｃ ｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｗｉ ｔ ｈｖｅｎ ｔ ｉ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ３ 隔热材料放湿量推算对比分析 空调冷凝水产生量受各种因素的影响 ．当集装箱封闭 态、无 内 贴 材 料 时，其 冷 凝 水 只 来 源 于 箱 内 原 有湿空气；当集装箱封闭态、有内贴材料时，其冷凝水来源于箱内原有湿空气及内贴材料放湿；当集装箱 处于换气状态，其冷凝水来源于箱内原有湿空气降湿、内贴 材料 放湿和 室 外 新 风 降 湿 ．通 过 实 测 数 据 可 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６３２ ２０１９ 年 以计算各项来源的冷凝水量，从而分析材料放湿对空调冷凝水量的影响 ．冷凝水产生量的计算式为 犿 ＝ρ犞 · （ 犱Ｗ －犱Ｎ ）·１０－３ ． （ １） 式（ １）中： 犿 为冷凝水 产生量， ｋｇ·ｈ－１ ； ｋｇ· ｍ－３ ； 犞 为新 风体积， ｍ３ ·ｈ－１ ； 犱Ｗ 为 室 外 空 ρ 为新 风 密度， －１ －１ 气含湿量， 犱Ｎ 为室内空气含湿量， ｇ·ｋｇ ； ｇ·ｋｇ ． 利用式（ １）可估算室外新风降湿产生的冷凝水量，通过 始态 与终态 箱 内 空 气 含 湿 量 差 值，可 估 算 室 内空气降湿产生的冷凝水量 ．因此，内贴材料放湿量一方 面可通过 实测 冷 凝 水 量 进 行 推 算，另 一 方 面 又 可根据材料干基含湿量变化进行估算，如表 ３ 所示，从而对比隔热材料放湿对空调冷凝水量的影响 ． 表 ３ 空气降湿量计算及隔热材料放湿量推算 Ｔａｂ． ３ Ａｉ ｒｄｅｈｕｍｉ ｄ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｃ ａ ｌ ｃｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｍｏ ｉ ｓ ｔ ｕ ｒ ｅｄｅ ｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｈｅ ａ ｔｉ ｎｓｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓｃ ａ ｌ ｃｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｐ 状态 封闭态 换气态 箱名 室内空气 降湿计算／ｋｇ 室外新风 降湿计算／ｋｇ 实测冷凝 水量／ｋｇ 实测推算材料 放湿量／ｋｇ 材料干基含 湿量变化／％ 干基含湿量变化 推算材料放湿量／ｋｇ Ｃ ０． ５０７ － ０． ４７０ － － － Ｂ ０． ４０８ － １． １９１ ０． ７８３ ８ １． ６～０． ０． ８１３ Ａ Ｃ ０． ２７１ ０． ２３１ － ２． ０７３ ４． ０９４ ２． ０２８ ３． ８２３ － １ １２． ８～１０． － ３． ８９９ － Ｂ ０． １４５ ２． ８４０ ２． ９２７ －０． ０５８ ０． ５～０． ３ ０． ０２０ Ａ ０． ０８７ １． ８９０ ３． ２５６ １． ２７９ ８． ６～７． ７ １． ３００ 由表 ３ 可知：隔热材料吸、放湿 对 冷 凝 水 产 生 量 影 响 显 著 ．在 集 装 箱 封 闭 状 态 下，空 箱 Ｃ 冷 凝 水 产 生 量最少，仅为０． ４７０ｋｇ；其次是挤塑板 Ｂ 箱，为 １． １９１ｋｇ；最后是酚醛板 Ａ 箱，为４． ０９４ｋｇ．其中，挤塑 板放湿量占 Ｂ 箱 冷凝 水总 量的 ６７％ ；酚醛板放 湿量占 Ａ 箱冷凝 水 总量 的 ９４％．在 换气状态 下，空箱 Ｃ 冷凝水产生量仍最少，为 ２． ０２８ｋｇ；其次是挤塑板 Ｂ 箱，为 ２． ９２７ｋｇ；最后是 酚醛板 Ａ 箱，为 ３． ２５６ｋｇ． 计算换气态下隔热材料放湿量占比，挤塑板几乎无吸、放湿；酚醛 板 放 湿 量 占 Ａ 箱 冷 凝 水 总 量 的 ４０％． 由此可见，隔热材料吸、放湿性能越 好，冷 凝 水 总 量 越 大，隔 热 材 料 放 湿 量 占 空 调 冷 凝 水 总 量 的 比 值 越 大；随着新风的加入，隔热材料放湿量占冷凝水总量的比值变小，材料放湿的影响相较于封闭态时减弱 ． 封闭状态下，空箱 Ｃ 的冷凝水来源于室内空气降湿，计算值与实测值 相差 ０． ０３７ｋｇ，主 要原 因是管 道润湿与残留；空调运行前、后，挤塑板试样的干基含 湿量由 １． ６％ 降 低 至 ０． ８％ ，由 此 推 算 隔 热 材 料 放 湿量为 ０． ８１３ｋｇ，与实测推算材料放湿量 ０． ７８３ｋｇ 较 为接近；空调 运行前、后，酚 醛 板 试 样 的 干 基 含 湿 量由 １２． ８％ 降低至 １０． １％ ，由此推算材料放湿量为 ３． ８９９ｋｇ，与实测推算材料放湿量 ３． ８２３ｋｇ 较为接 近 ．换气状态下，空箱 Ｃ 冷凝水来源于室内、外空气降湿，计 算 值与实 测值存 在误差，原因是 管道 少量残 留和空调冷量不足，回风将蒸发盘管上的冷凝水带回室内；空调运行前、后，挤塑板试样的干基含湿量由 ０． ５％ 降低至 ０． ３％ ，由此推算材料放湿量为 ０． ０２０ｋｇ，即 Ｂ 箱几乎不产生冷凝水，实测推算材料放湿量 为 －０． ０５８ｋｇ，两者结果较为相符；空调运行前、后，酚醛板试样的干基含湿量由 ８． ６％ 降至 ７． ７％ ，由此 推算材料放湿量为 １． ３００ｋｇ，与实测推算材料放湿量 １． ２７９ｋｇ 较为接近 ． 此外，若将冷凝水管道润湿及残留量 ０． ０３７ｋｇ 计 入 各 箱 的 实 测 冷 凝 水 量，则 通 过 干 基 含 湿 量 变 化 推算材料放湿量与实测推算材料放湿量的一致性更 高 ．因 此，可对 吸、放 湿 材 料 始 态 与 终 态 干 基 含 湿 量 进行测定并计算，结合室内空气降湿与室外新风降湿，从而估算空调冷凝水产生量 ． ４ 结论 利用足尺集装箱内贴酚醛板与挤塑板隔热材料，通过实测得到以下 ４ 点结论 ． １）采用封闭空箱热扰动法测量和评价酚醛板的调湿性能，测得酚醛板吸、放湿性 能较 好，而 挤塑板 几乎不具备吸、放湿性能 ． ２）在封闭状态下，内贴酚醛板的集装箱产 生 的 冷 凝 水 量 是 内 贴 挤 塑 板 集 装 箱 的 近 ４ 倍，是 无 隔 热 材料集装箱的近 ８ 倍；酚醛板 放 湿 量 占 Ａ 箱 冷 凝 水 总 量 的 ９４％ ，挤 塑 板 放 湿 量 占 Ｂ 箱 冷 凝 水 总 量 的 ６７％ ，即材料吸、放湿性能越好，冷凝水总量越大，材料放湿量占空调冷凝水总量的比值越大 ． ３）在民用建筑最小新风量 ３０ ｍ３ ·ｈ－１ 下，空调冷凝水产生量同时受新风量与内贴材料吸、放湿的 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 吴艳，等：集装箱房内贴多孔材料吸、放湿对其空调冷凝水量的影响 ６３３ 影响 ．内 贴 酚 醛板的集 装箱冷凝水产 生量 较 内贴挤塑 板的集 装箱 增加 １１％ ，较无 隔热 材料的 集装箱 增 加 ６０％ ；酚醛板放湿量占 Ａ 箱冷凝水总量的 ４０％ ，挤塑板几乎无吸、放湿，材料放湿对冷凝水量的影响 相较于封闭状态时减弱 ． ４）室内隔热材料吸、放湿对于空调冷凝水产生量有重要影响，现行冷凝水计算公 式中 需加入 吸、放 湿的影响因子，基于冷凝水实测量和材料干基含湿量变化推算材料放湿量，两者具有一致性 ．因此，可对 吸放湿材料始态与终态干基含湿量进行测定并计算，结合室内空气降湿与室外新风降湿，从而估算空调 冷凝水产生量 ． 参考文献： ［ １］ ＦＲＡＮＫ Ｌ， ＰＡＩＮＴＥＲＰ． Ｃｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｈａ ｒ ｖｅ ｓ ｔ ｉ ｎｇｆ ｒ ｏｍｌ ａ ｒ ｉ ｃ ａ ｔ ｅｄｏｕ ｔ ｓ ｉ ｄｅａ ｉ ｒ ｌ ｉ ｎｇｕｎ ｉ ｔ ｓｗｉ ｔ ｈｈｅ ａ ｔｒ ｅ ｃ ｏｖｅ ｒ ?ｈａｎｄ ｇｅｄｅｄ ｙ ［ Ｊ］． ＡＳＨＲＡＥＴｒ ａｎｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｓ， ２００９， １１５（ ２）： ５７３ ５８０． ? ［ ２］ ＬＩＣＩＮＡＤ， ＳＥＫＨＡＲＣ． Ｅｎｅ ｒ ｔ ｅ ｒｃ ｏｎｓ ｅ ｒ ｖａ ｔ ｉ ｏｎｆ ｒ ｏｍａ ｉ ｒｈａｎｄ ｌ ｉ ｎｇｕｎ ｉ ｔｃ ｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｉ ｎｈｏ ｔａｎｄｈｕｍｉ ｄｃ ｌ ｉｍａ ｔ ｅ ｓ ｇｙａｎｄｗａ ［ ｅｎｂｕ ｉ ｌ ｄ． ２０１１． １１． ０１６． Ｊ］． Ｅｎｅ ｒ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎｇｓ， ２０１２， ４５： ２５７ ２６３． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ? ｊ． ｇｙａｎｄＢｕ ［ ３］ ＧＵＺＫ． Ｃｏｎｄｅｎｓ ａ ｔ ｅｗａ ｔ ｅ ｒｒ ｅ ｃ ｏｖｅ ｒ Ｊ］． Ｓｕｓ ｔ ａ ｉ ｎａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ２００５， ４７（ ６）： ５４ ５６． ? ｙ［ ｙ， ［ ４］ 陈鹏，卢军，张惠民，等 ．分体空调冷凝水回收利用实验研究［ Ｊ］．土木建筑与环境工程， ２０１２（增刊 ２）： １６９ １７２． ? ［ ５］ 金听祥，张彩荣 ．冷凝水在家用空调中回收利用技术的研究进展［ Ｊ］．低温与超导， ２０１６， ４４（ １）： ４１ ４５． ? ［ ｉ ｓ ｓｎ． ６］ 陈楠，申江，邹 同 华 ．房 间 空 调 器 冷 凝 水 的 利 用 与 节 能 ［ Ｊ］．暖 通 空 调， ２００３， ３３（ ２）： １１７ ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ?１１８． ｊ． １００２ ８５０１． ２００３． ０２． ０３６． ? ［ ７］ 肖洪海，张桃，谭成斌 ．小型分体式空调器冷凝水利用与节能实验探索与研究［ Ｃ］∥ 第三届制冷空调新技术研讨 会 ． 杭州：中国制冷学会， ２００５： ４７０ ４７３． ? ［ ８］ 魏燕，胡永海 ．空调冷凝水 作 为 饮 用 水 的 回 收 利 用 ［ Ｊ］．节 能， ２００８， ２７（ ３）： ４１ ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １００４ ?４３． ?７９４８． ｊ． ２００８． ０３． ０１４． ［ ９］ 梁仁建 ．空调冷凝水回收利用技术应用与分析［ Ｊ］．广东轻工职业技术学院学报， ２００９， ８（ ２）： １３ １５． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ? ｊ． １９５０． ２００９． ０２． ００４． ｉ ｓ ｓｎ． １６７２ ? ［ １０］ 张东放 ．空调冷凝水的分析与再利用［ Ｊ］．建筑节能， ２０１０， ３８（ ５）： ７５ ７７． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １６７３ ７２３７． ２０１０． ０５． ? ? ｊ． ００７． ［ １１］ 万丽霞，陈刚，李惠敏 ．分散式空调冷凝水的回 收 与 节 能 利 用 探 讨［ Ｊ］．建 筑 节 能， ２０１２（ ４）： ２３ ２５． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ? ｊ． ７２３７． ２０１２． ０４． ００５． ｉ ｓ ｓｎ． １６７３ ? ［ １２］ 韩靖，王柯酣 ．空调冷凝水回收利 用 初 探 ［ Ｊ］．山 西 建 筑， ２０１３， ３９（ ２９）： １１８?１１９． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １００９?６８２５． ｊ． ２０１３． ２９． ０６３． ［ １３］ 赖晓波 ．家用空调冷凝水回收装置探讨［ Ｊ］．商品与质量， ２０１４（ １０）： ８６． ［ １４］ 魏留柱 ．家用空调冷凝水回收利用技术研究［ Ｃ］∥ 中国家用电器技术大会 ．合肥：《电器》杂志社， ２０１７： ３７４ ３７８． ? ［ １５］ 任晶 ．高校教室空调冷凝水生成量及其窗台绿化降温效果研究［ Ｄ］．厦门：华侨大学， ２０１８． ［ １６］ 陈文静，杨营，廖军睿，等 ．夏季空调冷凝水回收利用技术及实践分析［ Ｊ］．科 技 资 讯， ２０１７， １５（ ２６）： ８８ ８９． ＤＯＩ： １０． ? ｃｎｋ ｉ． １６７２ １６６６１／ ３７９１． ２０１７． ２６． ０８８． ? ｊ． ［ ｉ ｓ ｓｎ． １７］ 高峰，周国民，王 运 平 ．空 调 季 冷 凝 水 回 收 量 的 动 态 计 算 方 法 ［ Ｊ］．建 筑 节 能， ２０１７（ ６）： ７ ＤＯＩ： １０． ３９６９? ?９． ｊ． １６７３ ７２３７． ２０１７． ０６． ００２． ? ［ １８］ 冉茂宇，袁炯炯 ．调湿材料 吸 放 湿 性 能 的 测 试 方 法 ［ Ｊ］．暖 通 空 调， ２００６， ３６（ ４）： １０ ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １００２ ?１６． ? ｊ． ８５０１． ２００６． ０４． ００３． ［ １９］ 张婷婷，冉茂宇，任晶，等 ．玻璃棉等温吸湿曲线测试及其最适拟合分析［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报（自 然 科 学 版）， ２０１８， ３９ （ ２）： ２０５ ２０９． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１７０３０７７． ? ? ［ ２０］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会 ．建筑材料及制品的湿热 性 能 吸 湿 性 能 的测定：ＧＢ／Ｔ２０３１２－２００６［ Ｓ］．北京：中国标准出版社， ２００６． （责任编辑：黄晓楠 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：方德平） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１９０３０１１ ? 室温下氧化石墨的制备工艺 郝雅鸣１，２，邓智鹏１，２，赵小敏１，２，陈丹青１，２，陈国华１，２ （ １．华侨大学 材料科学与工程学院，福建 厦门 ３６１０２１； ２．华侨大学 福建省石墨烯粉体及复合材料工程技术研究中心，福建 厦门 ３６１０２１） 摘要： 在改进的 Ｈｕｍｍｅ ｒ ｓ法的基础上，提出室温制备氧化石墨（ ＧＯ）的 方 法，制 备 一 系 列 氧 化 石 墨 ．考 察 磷 酸和硫酸的体积比、反应时间及石墨尺寸对氧化石 墨 氧 化 程 度 的 影 响 ．采 用 Ｘ 射 线 衍 射 仪、傅 里 叶 变 换 红 外 光谱仪和能谱仪对产物进行表征 ．研究结果表明：当石 墨 与 氧 化 剂 高 锰 酸 钾 的 质 量 比 为 １∶６，磷 酸 和 硫 酸 的 体积比为 ６∶４ 时，在低温处理 ３０ｍｉ ｎ，中温处理 ２ｈ，常温处理 ７ｄ 的 条 件 下，制 得 的 氧 化 石 墨 的 氧 化 程 度 最 高；所提方法的制备工艺操作简单、安全且能耗低 ． 关键词： 氧化石墨；室温；制备；Ｘ 射线衍射仪；氧化程度 中图分类号： Ｏ６１３． ７１ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６３４ ０６ ? ? ? 犘狉 狅 犮 犲 狊 狊犳 狅 狉犘狉 犲狆犪 狉 犻 狀犵犌狉 犪狆犺 犻 狋 犲犗狓 犻 犱 犲犪 狋犚狅 狅犿犜犲犿狆犲 狉 犪 狋 狌 狉 犲 ， ， １， ２ ＨＡＯ Ｙａｍｉ ｎｇ１ ２，ＤＥＮＧＺｈ ｉ ａｏｍｉ ｎ１ ２， ｐｅｎｇ ，ＺＨＡＯ Ｘｉ ， ， ＣＨＥＮ Ｄａｎｑ ｉ ｎｇ１ ２，ＣＨＥＮ Ｇｕｏｈｕａ１ ２ （ １．Ｃｏ ｌ ｌ ｅｇｅｏ ｆＭａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅａｎｄＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ； ｙ，Ｘｉ ２．Ｆｕ ｉ ａｎＲｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈＣｅｎ ｔ ｅ ｒｆ ｏ ｒＧｒ ａｐｈｅｎｅＰｏｗｄｅ ｒａｎｄＣｏｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅＭａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ， ｊ Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｙ，Ｘｉ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｇｒ ａｐｈ ｉ ｔ ｅｏｘ ｉ ｄｅ （ ＧＯ）ｗａ ｓｆ ａｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｔ ｅｄｂｙａｒ ｏｏｍ? ｔ ｅｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅｍｅ ｔ ｈｏｄｂａ ｓ ｅｄｏｎｉｍｐ ｒ ｏｖｅｄ Ｈｕｍｍｅ ｒ ｓ ′ ｍｅ ｔ ｈｏｄ．Ｔｈｅｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓｏｎｔ ｈｅｏｘ ｉ ｄａ ｔ ｉ ｏｎｄｅｇ ｒ ｅ ｅｏ ｆＧＯ ｗｅ ｒ ｅｓ ｔ ｕｄ ｉ ｅｄｓｙ ｓ ｔ ｅｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｉ ｎｃ ｌ ｕｄ ｉ ｎｇｔ ｈｅｖｏ ｌ ｕｍｅ ｙ， ｒ ｅｐａ ｒ ｅｄｓ ａｍｐ ｌ ｅ ｓ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｏ ｆＨ３ＰＯ４ ａｎｄ Ｈ２ＳＯ４ ，ｔ ｈｅｔ ｉｍｅｕｎｄｅ ｒｒ ｏｏｍ? ｔ ｅｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅａｎｄｔ ｈｅｓ ｉ ｚ ｅｏ ｆｇ ｒ ａｐｈ ｉ ｔ ｅ．Ａｓ ?ｐ ｗｅ ｒ ｅｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅｄｂｙｐｏｗｄｅ ｒＸ? ｒ ａｙｄ ｉ ｆ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎ，Ｆｏｕ ｒ ｉ ｅ ｒｔ ｒ ａｎｓ ｆ ｏ ｒｍｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅｄｓｐｅ ｃ ｔ ｒ ｏｍｅ ｔ ｅ ｒ，ａｎｄｅｎｅ ｒ ｉ ｓｐｅ ｒ  ｇｙｄ ｓ ｉ ｖｅｓｐｅ ｃ ｔ ｒ ｏｍｅ ｔ ｅ ｒ．Ｔｈｅｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｅｄｔ ｈａ ｔＧＯ ｗｉ ｔ ｈｔ ｈｅｈ ｉ ｒ ｅ ｓ ｔｏｘ ｉ ｄａ ｔ ｉ ｏｎｄｅｇ ｒ ｅ ｅｗａ ｓｏｂ ｔ ａ ｉ ｎｅｄａ ｔｓｕｃｈｃ ｏｎｄ ｉ  ｇｈｅ ｔ ｉ ｏｎｓ：ｔ ｈｅｍａ ｓ ｓｒ ａ ｔ ｉ ｏｏ ｆｇ ｒ ａｐｈ ｉ ｔ ｅｆ ｌ ａｋｅ ｓａｎｄｐｏ ｔ ａ ｓ ｓ ｉ ｕｍ ｐｅ ｒｍａｎｇａｎａ ｔ ｅｗａ ｓ１∶６；ｔ ｈｅｖｏ ｌ ｕｍｅｒ ａ ｔ ｉ ｏｏ ｆＨ３ＰＯ４ａｎｄ Ｈ２ＳＯ４ ｗａ ｓ６∶４；ｔ ｈｅｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｔ ｉｍｅｗａ ｓ３０ ｍｉ ｎａ ｔｌ ｏｗｔ ｅｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ，２ｈａ ｔｍｉ ｌ ｄｔ ｅｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅａｎｄ７ｄｕｎｄｅ ｒ ｒ ｏｏｍｔ ｅｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ．Ｔｈｅｍｅ ｔ ｈｏｄｉ ｓｃ ｏｎｓ ｉ ｄｅ ｒ ｅｄｔ ｏｂｅｓ ｉｍｐ ｌ ｅ，ｓ ａ ｆ ｅａｎｄｌ ｏｗ? ｅｎｅ ｒ ｏｎｓｕｍｐ ｔ ｉ ｏｎ． ｇｙｃ ｒ ａｐｈ ｉ ｔ ｅｏｘ ｉ ｄｅ；ｒ ｒ ｅｐａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ；Ｘ? 犓犲 狉 犱 狊： ｇ ｏｏｍｔ ｅｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ；ｐ ｒ ａｙｄ ｉ ｆ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎ；ｏｘ ｉ ｄａ ｔ ｉ ｖｅｄｅｇ ｒ ｅ ｅ 狔狑狅 石墨烯 ［１］是石墨晶体沿着犮 轴方向剥离成的碳原子单层，是一种新型的二维材料，它通 过折 叠和卷 曲可以形成其他维度的同素异形体 ．石墨烯具有优异的电学、热学、力学及高透光性等性能 ［２］．这些特殊 的性能使石墨烯在透明电极、储能器件、传感器及复合材料等 ［３?６］众多领域中得到广泛应用 ．氧化 石墨烯 又被称为功能化石墨烯，是石墨烯重 要 的 派 生 物 之 一，其 表 面 含 有 大 量 的 羟 基、环 氧 基，边 缘 分 布 着 羧 收稿日期： ２０１９ ０３ ０５ ? ? 通信作者： 陈国华（ １９６４ Ｅ?ｍａ ｉ ｌ： ｈｄｃｇｈ＠ｈｑｕ． ｅｄｕ． ?），教授，博 士，博 士 生 导 师，主 要 从 事 石 墨 烯 制 备 与 应 用 的 研 究 ． ｃｎ． 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ ５１３７３０５９）；福建省高校产学研合作项目（ ２０１８Ｈ６０１２）；华 侨 大 学 科 技 创 新 领军人才支持计划项目（ Ｚ１４Ｘ００４６）；华侨大学研究生科研创新能力培养计划项目（ ２０１７Ｈ２００１） 第５期 郝雅鸣，等：室温下氧化石墨的制备工艺 ６３５ 基、酯基和羰基 ［７］．氧化石墨（ ＧＯ）作为制备石墨烯重要前驱体之一，它的品质直接影响石墨烯材 料的制 ［］ 备及应用 ．在制备 ＧＯ 的方法中，最普遍的 是 Ｈｕｍｍｅ ｒ ｓ 法 ８ ，该 方 法 可 在 短 时 间 内 成 功 制 备 出 ＧＯ，使 用高锰酸钾代替氯酸钾作为氧化剂，降低了反应的危险性（不 会 产生易爆的 ＣｌＯ２ 气体），且所 得 产 物 的 氧化程度较高 ．但是，其原料中的硝酸钠在反应过程中会产生有 毒气 体，且废 液 中的 无机盐 Ｎａ＋ 难以除 ［］ 去 ．Ｍａ ｒ ｃ ａｎｏ 等 ９ 首次提出舍弃原料硝酸钠、增加氧化剂用量、引入磷酸 和硫 酸混 合物（体积比 为 １∶９） 的方法，该方法得到的 ＧＯ 虽 然 具 有 很 好 的 结 构 完 整 性，但 也 存 在 氧 化 剂 和 硫 酸 用 量 过 多 等 问 题 ． Ｙｕ ［ ］ 等 ［１０］提出用 Ｋ２ＦｅＯ４ 代替部分 ＫＭｎＯ４ ，并减少硫酸的用量 ． Ｐｅｎｇ 等 １１ 也用 Ｋ２ＦｅＯ４ 作为氧化剂，不同 的是，后者在不改变 ＧＯ 质量的同时，可循环利用硫酸（可连续循环使用 １０ 次），避免了有毒气体对环境 ［ ］ 的污染 ． Ｙｕ 等 １２ 报道了不使用硫酸的方法，仅用石墨、双氧水、水和高铁酸钾就可 以制备出 产率较 高的 ＧＯ．尽管如此，上述方法依然存在氧化剂危险性较高、硫酸用量过度、环境负担重、不适合宏量制备等问 题 ［１３?１６］．为了解决这一问题，本文在文献［ ９］方法的基础上，提出室温下制备氧化石墨的方法 ． １ 实验部分 １． １ 磷酸／硫酸法 首先，配制不同体积比的磷酸／硫酸溶液（ 犞Ｈ３ＰＯ４ ∶犞Ｈ２ＳＯ４ 分 别为 １０∶０， ９∶１， ８∶２， ７∶３， ６∶４， ５∶ ５），冷却至室温备用 ．然后，称取一定量的鳞片石墨于干燥的烧杯中，缓慢 倒入 １００ ｍＬ 上述 配制 好的混 酸溶液中，冰水浴磁力搅拌 ３～５ｍｉ ｎ 后，分批加入 １２ｇ 高 锰 酸 钾，期 间 控 制 体 系 温 度 不 超 过 １０ ℃ ，持 续搅拌 ３０ｍｉ ｎ．接着，将体系转入中温 ３８ ℃ 恒温水浴中反应 ２ｈ，反应结束后，在室温（或高温 ８０ ℃ ）下 放置一定时间 ．最后，向体系中依次加入 ２５０ｍＬ 蒸馏水和几 滴质 量 分 数 为 ３０％ 的 双 氧 水，将 所 得 产 物 用质量分数为 ５％ 的盐酸和蒸馏水洗涤多次，直至滤液呈中性 ．将其转移至 ６０ ℃ 烘箱 干燥 后，即 得到一 系列不同混酸体积比（不同反应时间、不同原料尺 寸）的氧化 石 墨 ．为 了 与 传 统 方 法 制 备 的 ＧＯ 区 分，磷 酸／硫酸法制备的产物标记为 ＮＧＯ． １． ２ 改进的 犎狌犿犿犲 狉 狊法 称取 ２ｇ 鳞片石墨于烧杯中，缓慢加入 １００ｍＬ 浓硫酸，在冰水浴下磁力搅拌 ３～５ ｍｉ ｎ；接 着，缓慢 加入 １２ｇ 高锰酸钾，期间控制体系温度小于 １０ ℃ ，持 续 搅 拌 ３０ ｍｉ ｎ；然 后，将 上 述 体 系 转 入 到 中 温 ３８ ℃ 恒温水浴中反应 ２ｈ，反 应 结 束 后，加 入 ２５０ ｍＬ 蒸 馏 水，并 用 玻 璃 棒 辅 助 搅 拌，控 制 温 度 不 超 过 ９０ ℃ ，待其冷却至室温后，用一次性滴管向体系中加几滴质量分数 为 ３０％ 双氧水，此时，溶液 变成黄色 ．将 所得产物用质量分数为 ５％ 的盐酸和蒸馏水洗 涤 多 次，直 至 滤 液 呈 中 性，再 将 其 转 移 至 ６０ ℃ 烘 箱 中 进 行干燥，即得到氧化石墨 ． １． ３ 分析测试方法 采用 Ｒｉ ／Ｓｍａ ｒ ｒ ｔＬａ 型粉末 Ｘ 射线衍射仪（ ＸＲＤ）（日 本 理 学 株 式 会）对 样 品 进 行 晶 体 结 构 ｇａｋｕＳｍａ 的分析 ．衍射条 件 如 下： Ｘ 射 线 源 为 ＣｕＫα 射 线 靶，管 电 压 为 ４０ｋＶ，管 电 流 为 ３０ ｍＡ，扫 描 范 围 ５ °～ ８０ °，扫描速率为 １０ °·ｍｉ ｎ－１ ．测试前需将样品置于烘箱中进行干燥 ．使用 Ｎｉ ｃｏ ｌ ｅ ｔｉ Ｓ５０ 型傅里叶变换红 外光谱仪（ ＦＴ? ＩＲ）（中国岛津公司）分析样品的官能团 ．测量模式为 衰减 全反 射（ ＡＴＲ），波 数范围 ４００～ ４０００ｃｍ－１ ．在 Ｓ ４８００（Ⅱ ）型场致发射扫描电子显微镜能谱仪（日本 Ｈｉ ｔ ａ ｃｈ ｉ公司）上测试产物中的元素 ? 原子含量 ．采用 ＳＺ ８２ 型数字式四探 针 测 试 仪 （苏 州 电 讯 仪 器 厂）测 试 还 原 氧 化 石 墨 烯 的 电 导 率 ．采 用 ? Ｅｖｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎ２２０ 型紫外可见分光光度计（中国 Ｔｈｅ ｒｍｏＦ ｉ ｓｈｅ ｒＳｃ ｉ ｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ公司）测试氧化石墨 的紫外图谱 ． 采用ｉ ／ ｎＶｉ ｉ ｎＶｉ ａ 型拉曼光谱仪（ Ｒａｍａｎ）（英国 雷 尼 绍 公 司）测 试 氧 化 石 墨 的 拉 曼 图 谱，使 用 波 长 为 ５１２ ｎｍ 的激光光源，测量范围是 ４００～４０００ｃｍ－１ ． ２ 结果与讨论 ２． １ 混酸体积比对制备氧化石墨的影响 为了考察 混酸体积 比对制备 氧化石 墨 的影响，制备了不 同磷酸和硫酸 体积 比（ 犞Ｈ３ＰＯ４ ∶犞Ｈ２ＳＯ４ 分 别 为 １０∶０， ９∶１， ８∶２， ７∶３， ６∶４， ５∶５）的 一 系 列 ＮＧＯ 样 品，采 用 后 期 高 温（ ８０ ℃ ）处 理 ．以 ＸＲＤ 为 分 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６３６ ２０１９ 年 析手段对样品进行测试，表征结果如图 １ 所示 ． 由图 １ 可知：当混酸体积比为 １０∶０，即 溶 液 为 纯 磷 酸 时，产 物 在 ２ °处 有 着 一 个 尖 锐 的 衍 θ 约 为 ２６ ［］ 射峰，其对应石墨的（ ００２）晶面 ７ ．此外，随着混酸体积 比的变 化，石 墨 的 峰 逐 渐 减 弱 并 向 低 角 度 方 向 移 动，说明形成了石墨层间化合物 ．当 犞Ｈ３ＰＯ４ ∶犞Ｈ２ＳＯ４ ＝８∶２ 时，在 ２ °处 开 始 出 现 微 弱 的 氧 化 石 θ 约 为 １０ 墨（ ００１）的特征衍射峰，同时，仍保留有部分石墨的衍射峰，这意味着产物中仍有部分高阶石墨插层化合 物，也证实 ＧＯ 的形成是由石墨层间化合物进一步氧化实现的，跟文献报道的结果一致 ［１７］．当 犞Ｈ３ＰＯ４ ∶ 犞Ｈ２ＳＯ４ ＝６∶４ 时， ＮＧＯ 在 １０ °处表现出较强的衍射峰，石 墨 的 特 征 衍 射 峰 基 本 消 失，说 明 鳞 片 石 墨 已 基 本被氧化 ．根据 Ｊ ａｄｅ软件分析结果，相 比 于 原 始 鳞 片 石 墨 ０． ３ｎｍ 的 层 间 距，制 备 得 到 的 ＮＧＯ 的 层 间 距范围在 ０． ８～１． ２ｎｍ 内（与 Ｈｕｍｍｅ ｒ ｓ法得到的相似），明显 ＮＧＯ 的层间 距增 大，这主要 是因 为样品 在经历了长时间的氧化过程中，引入了丰富的含氧官 能团，碳原子 与氧 原 子 之 间 形 成 了 共 价 键，石 墨 晶 格沿着犮 轴方向不断扩展，从而扩大了层间距 ． （ ａ）纯磷酸制备的 ＮＧＯ （ ｂ）不同混酸体积比下制备的 ＮＧＯ 图 １ 不同混酸体积比下 ＮＧＯ 的 ＸＲＤ 图谱 Ｆ ｉ １ ＸＲＤｐａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎｓｏ ｆＮＧＯｕｎｄｅ ｒｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｍｉ ｘｅｄａ ｃ ｉ ｄｖｏ ｌ ｕｍｅｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｓ ｇ． 采用紫外可见分光光度计对不同混酸体积比制备的 ＮＧＯ 进行分析，结果如图 ２ 所示 ．图 ２ 中： λ为 波长； 犇 为吸光度 ．由图 ２ 可知：混酸体积比 为 ８∶２ 时，对 应 的 ＮＧＯ 在 ３００ｎｍ 处 出 现 了 肩 峰，此 处 的 峰是由 Ｃ＝Ｏ 双键 狀－π 跃迁引起的 ［１８］；当混酸体积比为 ６∶４ 时， ３００ｎｍ 处的肩峰 已经 很明显，说明 该条件下 ＮＧＯ 的氧化程度相对较高，且与传统方法得到的 ＧＯ 的紫外谱图几乎一致 ． ［ ７］ 电导率（ κ）可以衡量还原氧化石墨烯片层结构 的 完 整 性 ，选 用 抗 坏 血 酸 作 为 还 原 剂，对 部 分 样 品 进行还原，结果如图 ３ 所示 ．由图 ３ 可知：当 犞Ｈ３ＰＯ４ ： 犞Ｈ２ＳＯ４ 分别为 ９∶１， ８∶２， ６∶４， ５∶５ 时，虽然电导率 呈现逐步降低的趋势，但仍能说明氧化程度较高的 ＧＯ 并没有导致层结构完整性的明显下降 ． 图 ２ 不同混酸体积比下 ＧＯ 和 ＮＧＯ 的紫外图谱 图 ３ 不同混酸体积比下部分产物被还原后的电导率 Ｆ ｉ ２ ＵＶ? ｖ ｉ ｓｓｐｅ ｃ ｔ ｒ ａｏ ｆＧＯａｎｄＮＧＯｕｎｄｅ ｒ ｇ． Ｆ ｉ ３ Ｃｏｎｄｕｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｆｓ ｏｍｅｐ ｒ ｏｄｕｃ ｔ ｓａ ｆ ｔ ｅ ｒｒ ｅｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎ ｇ． ｙｏ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｍｉ ｘｅｄａ ｃ ｉ ｄｖｏ ｌ ｕｍｅｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｓ ｉ ｎｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｍｉ ｘｅｄａ ｃ ｉ ｄｖｏ ｌ ｕｍｅｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｓ 此外，氧化石墨分散在水中的颜色也可以反映氧化程度的高低 ．不同 混酸体 积比制备 的 ＮＧＯ 分散 液的光学照片，如图 ４ 所 示 ．由图 ４ 可知：当 犞Ｈ３ＰＯ４ ∶犞Ｈ２ＳＯ４ ＝６∶４ 时，对应 的分散 液呈现出 浅黄色，即 该条件下的产品具有较高的氧化程度 ． 综合上述测试结果可知：除了纯磷酸外，其余混酸体积比均能得到 ＧＯ，尤其是当混酸体积比为 ６∶ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 郝雅鸣，等：室温下氧化石墨的制备工艺 ６３７ ４ 时，样品具有很高的氧化程 度 ．在 不 影 响 ＧＯ 品 质 的 前 提 下，本 着 减 少 硫 酸 用 量，降 低 环 境 负 担 的 原 则，确定最佳混酸体积比 犞Ｈ３ＰＯ４ ∶犞Ｈ２ＳＯ４ ＝６∶４．该结论与不同混酸体积比后期室温（ ２５ ℃ ）处理 得到的 产物 ＸＲＤ 图结论一致（图 ５）．为了尽量降低能耗，下面的制备实验均采用后期室温处理 ． 图 ４ 不同混酸体积比制备的 ＮＧＯ 分散液的光学照片 图 ５ 后期室温处理所得产物的 ＸＲＤ 图谱 Ｆ ｉ ４ Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌｐｈｏ ｔ ｏｇ ｒ ａｐｈｓｏ ｆＮＧＯｄ ｉ ｓｐｅ ｒ ｓ ｉ ｏｎｓ ｇ． Ｆ ｉ ５ ＸＲＤｐａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎｏ ｆｔ ｈｅｐ ｒ ｏｄｕｃ ｔｏｂ ｔ ａ ｉ ｎｅｄ ｇ． ｒ ｅｐａ ｒ ｅｄｗｉ ｔ ｈｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｍｉ ｘｅｄａ ｃ ｉ ｄｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｓ ｐ ｂｙｎｏ ｒｍａ ｌｔ ｅｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅｔ ｒ ｅ ａ ｔｍｅｎ ｔ ２． ２ 反应时间对制备氧化石墨的影响 当混酸体积比 犞Ｈ３ＰＯ４ ∶犞Ｈ２ＳＯ４ ＝６∶４ 时，对样品采用后期室温处理，不同反应 时间（ ０， ２， ４， ６， ８， １０， １２， １４ｄ）制得产物的 ＸＲＤ 图，如图 ６ 所示 ． 由图 ６ 可知：随着氧化时间的延长， ２ °处对 θ 约为 １０ 应的氧化石墨的 衍 射 峰 （ ００１）越 来 越 明 显，这 是 由 于 在 石墨层间引入了含氧官能 团；反 应 时 间 为 ６ｄ 和 ８ｄ 制 备的 ＮＧＯ 在１０ °处的特征峰尤为显著，且峰位向左偏移 也比较大，说明 在 此 期 间 有 最 佳 的 氧 化 时 间，当 处 理 时 间大于 ７ｄ，氧化石墨的特征峰逐渐减 弱且 不 稳定，这 与 反应过程中产生 的 中 间 产 物 有 关 ．因 此，基 本 确 定 反 应 的最佳时间为 ７ｄ． 不同反应时间制备的 ＮＧＯ 的层间距 和 ＥＤＳ 图谱， 如图 ７ 所示 ．图 ７ 中： 犱ｓ 为层间距； 狋 为反应时间 ．由图 ７ 图 ６ 不同反应时间制备的 ＮＧＯ 的 ＸＲＤ 图谱 Ｆ ｉ ６ ＸＲＤｐａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎｏ ｆＮＧＯｓｐ ｒ ｅｐａ ｒ ｅｄ ｇ． ａ ｔｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｔ ｉｍｅ ｓ 可知：当反应时间分别为 １， ７， １４ｄ 时，通过 Ｊ ａｄｅ软件对 产物的 ＸＲＤ 图谱分析，其层间距分别为 ０． ９１３， ０． ８６９， ０． ８０６ｎｍ，说 明 ＮＧＯ 的氧 化程度是 先增加 后减 少 ．导致这种现象的原因可能有： １）层内部分插层分子发生脱 附引起 的； ２）随着 反应 时间的 延长，氧化 产物的氧化程度可能会达到“饱和”状 态，当 超 过 这 个 界 限 状 态，部 分 氧 化 产 物 会 发 生 还 原 反 应 ．由 图 ７ 还可知： Ｃ／Ｏ 原子比值越大，氧化程度越低，当反应时间为 ７ｄ 时，产物的氧化程度最高 ． 当反应时间分别为 １， ７， １４ｄ 时，采 用 改 进 的 Ｈｕｍｍｅ ｒ ｓ 法 制 备 的 ＧＯ 的 红 外 图 谱，结 果 如 图 ８ 所 图 ７ 不同反应时间制备的 ＮＧＯ 的层间距和 ＥＤＳ 图谱 图 ８ 不同反应时间制备的 ＮＧＯ 的 ＦＴ? ＩＲ 图谱 Ｆ ｉ ７ Ｌａｙｅ ｒｓｐａ ｃ ｉ ｎｇａｎｄＥＤＳｓｐｅ ｃ ｔ ｒ ａｏ ｆＮＧＯｓ ｇ． Ｆ ｉ ８ ＦＴ? ＩＲｓｐｅ ｃ ｔ ｒ ａｏ ｆＮＧＯｓｐ ｒ ｅｐａ ｒ ｅｄ ｇ． ｒ ｅｐａ ｒ ｅｄａ ｔｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｔ ｉｍｅ ｓ ｐ ａ ｔｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｔ ｉｍｅ ｓ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６３８ ２０１９ 年 －１ 示 ．图 ８ 中： １７３０， １０６２， ν 为波数 ．由图 ８ 可知：制得样品在 ３５００ｃｍ 附近均存在羟基和水的吸收峰； １２００ｃｍ－１ 分别对应 Ｃ＝Ｏ， Ｃ－ＯＨ， Ｃ－Ｏ－Ｃ 的吸收峰； １５８１ｃｍ－１ 对应结合水的 Ｏ－Ｈ 弯曲振动 ．这 表明氧化石墨表面的官能团种类不随时间的变化而变化，这与文献［ ７］报道的结论一致 ． ２． ３ 石墨片径对制备氧化石墨的影响 当混酸体积比犞Ｈ３ＰＯ４ ∶犞Ｈ２ＳＯ４ ＝６∶４ 时，采用不同片径（ ５０， １５０ 目）鳞片石墨制备氧化石墨，后期室 温下处理 １４ｄ，所得产物的 ＸＲＤ，如图 ９ 所示 ． 由图 ９ 可知： ５０ 目和 １５０ 目的鳞片石墨制备得到的产物在 １０ °附近均出现氧化石 墨的 特征衍 射峰， 但随着反应时间的延长，该特征峰会逐渐减弱，意味着其氧化程度在逐渐减弱 ．由此可知，混酸体积比为 ６∶４ 时，后期室温处理的最佳时间是 ７ｄ，跟上文所得结论一致 ． （ ａ）５０ 目 （ ｂ）１５０ 目 图 ９ 不同石墨片径制备的 ＮＧＯ 的 ＸＲＤ 图谱 Ｆ ｉ ９ ＸＲＤｐａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎｓｏ ｆＮＧＯｓｐ ｒ ｅｐａ ｒ ｅｄｗｉ ｔ ｈｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｇ ｒ ａｐｈ ｉ ｔ ｅｆ ｌ ａｋｅｄ ｉ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｇ． 由图 ９ 还可知：在相同的混酸体积比下， １５０ 目石 墨 制 备 的 ＮＧＯ 的 氧 化 峰 强 度 明 显 高 于 ５０ 目 的， 由此可推断，产物的氧化程度随着石墨片径的增大而降低 ．这一结论 也在 不同石 墨片径制 备的 ＮＧＯ 的 拉曼图谱中得到验证，如图 １０ 所示 ．图 １０ 中： 犐Ｄ／ 犐Ｇ 为 Ｄ 峰与 Ｇ 峰的 强度 比 ．由 图 １０ 可 σ 为拉曼位移； 知： 犐Ｄ／ 犐Ｇ 可以反映材料的缺陷程度，其 值 越 大，说 明 样 品 中 以狊狆３ 杂 化 的 碳 原 子 越 多，无 序 程 度 越 大， 意味着氧化石墨的氧化程度 越高 ．根据分 峰拟合 计 算 可 知，二者的犐Ｄ／ 犐Ｇ 分别为 ０． ７５， １． ００，这也证实了石 墨尺 寸为 １５０ 目制备的 ＮＧＯ 具有较高的氧化程度 ． 导致这种现 象 的 原 因 可 能 有 两 个 方 面： １）从 石 墨 本身来看，相比于 １５０ 目 的 石 墨， ５０ 目 的 石 墨 具 有 更 大 的结晶区域； ２）从氧 化 过 程 来 看，可 能 是 由 于 片 径 小 的 石墨，插层分子 越 容 易 进 入 石 墨 层 间，从 而 带 来 了 更 多 的氧化活性位点 ．因此，在同等条件下，尺 寸越小 的 石 墨 越容易被氧化 ． ３ 结束语 图 １０ 不同石墨片径制备的 ＮＧＯ 的拉曼图谱 Ｆ ｉ １０ Ｒａｍａｎｍａｐｏ ｆＮＧＯ ｐ ｒ ｅｐａ ｒ ｅｄ ｇ． ｂｙｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｇ ｒ ａｐｈ ｉ ｔ ｅｃｈ ｉ ｉ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｐｄ 文中利用条件温 和 的 磷 酸／硫 酸 法 成 功 制 备 出 一 系 列 的 氧 化 石 墨 产 品，并 确 定 最 佳 混 酸 体 积 比 （ 犞Ｈ３ＰＯ４ ∶犞Ｈ２ＳＯ４ ）为 ６∶４ ． 在此条件下，探 讨 了 反 应 时 间 和 石 墨 片 径 对 产 物 的 氧 化 程 度 的 影 响 ．结 果 表 明：当石墨与高锰酸钾质量比为 １∶６，硫酸和磷酸的体积比为 ６∶４，低温处 理 ３０ ｍｉ ｎ，中 温处理 ２ｈ，室 温处理 ７ｄ 时，制备出的氧化石墨有着较高的氧化程度 ．该方法实验过程简便，反应条 件温 和，在 一定程 度上缓和了环境压力，为宏量制备氧化石墨提供了一种新途径 ． 参考文献： ［ １］ ＧＥＩＭ Ａ Ｋ， ＮＯＶＯＳＥＬＯＶ Ｋ Ｓ． Ｔｈｅｒ ｉ ｓ ｅｏ ｆｇ ｒ ａｐｈｅｎｅ［ Ｊ］．Ｎａ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ， ２００７， ６（ ３）： １８３?１９１． ＤＯＩ： １０． １０３８／ ｎｍａ ｔ １８４９． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 郝雅鸣，等：室温下氧化石墨的制备工艺 ６３９ ［ ２］ ＢＯＮＡＣＣＯＲＳＯ Ｆ， ＳＵＮ Ｚ ｉ ｃ ａ ｉ，ＨＡＳＡＮ Ｔ， 犲 狋犪 犾．Ｇｒ ａｐｈｅｎｅｐｈｏ ｔ ｏｎ ｉ ｃ ｓａｎｄｏｐ ｔ ｏｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏｎ ｉ ｃ ｓ［ Ｊ］．Ｎａ ｔ ｕ ｒ ｅＰｈｏ ｔ ｏｎ ｉ ｃ ｓ， ２０１０， ４（ ９）： ６１１ ６２２． ＤＯＩ： １０． １０３８／ｎｐｈｏ ｔ ｏｎ． ２０１０． １８６． ? ［ ／ ３］ ＸＵＪ ｉ ｎｇ， ＹＡＮＧ Ｄｅ ｚｈ ｉ， ＬＩＡＯ Ｘｉ ａｏ ｚｈｅｎ， 犲 狋犪 犾． Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃｈｅｍｉ ｃ ａ ｌｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅ ｓｏ ｆｒ ｅｄｕｃ ｅｄｇ ｒ ａｐｈｅｎｅｏｘ ｉ ｄｅ ｔ ｉ ｔ ａｎ ｉ ｕｍｄ ｉ  ｏｘ ｉ ｄｅｃ ｏｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓｆ ｏ ｒｓ ｏｄ ｉ ｕｍ? ｉ ｏｎｂａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ［ Ｊ］．Ａｃ ｔ ａＰｈｙ ｓ ｉ ｃ ｏ ｉｍｉ ｃ ａＳ ｉ ｎ ｉ ｃ ａ， ２０１５， ３１（ ５）： ９１３?９１９． ＤＯＩ： １０． ３８６６／ ?Ｃｈ ＰＫＵ．ＷＨＸＢ２０１５０３１６２． ［ ４］ 郭睿 ．氧化石墨烯的湿敏特性及其在电容式湿度传感器上的应用研究［ Ｄ］．成都：电子科技大学， ２０１６． ［ ５］ ＣＡＯ Ｈａ ｉ ｌ ｉ ａｎｇ， ＺＨＯＵ Ｘｕ ｆ ｅｎｇ， ＺＨＥＮＧＣｈａｏ， 犲 狋犪 犾． Ｔｗｏ ｄ ｉｍｅｎｓ ｉ ｏｎａ ｌｐｏ ｒ ｏｕｓｍｉ ｃ ｒ ｏ／ｎａｎｏｍｅ ｔ ａ ｌｏｘ ｉ ｄｅ ｓｔ ｅｍｐ ｌ ａ ｔ ｅｄｂｙ ? ｒ ａｐｈｅｎｅｏｘ ｉ ｄｅ［ Ｊ］．ＡＣＳ Ａｐｐ ｌ ｉ ｅｄ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓａｎｄＩ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ， ２０１５， ７（ ２２）： １１９８４?１１９９０．ＤＯＩ： １０． １０２１／ａ ｃ ｓ ａｍｉ． ｇ ５ｂ０２０１４． ［ ６］ ＢＩＪ ｉ ｕｎ，ＷＡＮＧＺｈａｏ ｚｈｅｎｇ， ＣＵＩＹｉ ｉ ｎｇ， 犲 狋犪 犾． Ａｎｅｗｔ ｆｇ ｒ ａｐｈｅｎｅｏｘ ｉ ｄｅａｎｄｉ ｔ ｓａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎｌ ａ ｓ ｅ ｒｄｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ［ Ｊ］． ｊ ｐ ｙｐｅｏ ２０１７， ６６： ２７７ ２８０． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｏｐ ｔｍａ ｔ． ２０１７． ０２． ００８． Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌＭａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ， ? ｊ． ［ ７］ 陈骥 ．氧化石墨烯的制备及结构控制［ Ｄ］．北京：清华大学， ２０１６． ［ ８］ ＨＵＭＭＥＲＳＪＲ Ｗ Ｓ， ＯＦＦＥＭＡＮＲＥ． Ｐｒ ｅｐａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｇ ｒ ａｐｈ ｉ ｔ ｉ ｃｏｘ ｉ ｄｅ［ Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆｔ ｈｅＡｍｅ ｒ ｉ ｃ ａｎＣｈｅｍｉ ｃ ａ ｌＳｏ ｃ ｉ ｅ ｔ ｙ， ａ ０１５３９ａ ０１７． １９５８， ８０（ ６）： １３３９ １３４０． ＤＯＩ： １０． １０２１／ ? ｊ ［ ９］ ＭＡＲＣＡＮＯ ＤＣ， ＫＯＳＹＮＫＩＮ Ｄ Ｖ， ＢＥＲＬＩＮＪＭ， 犲 狋犪 犾． Ｉｍｐ ｒ ｏｖｅｄｓｙｎ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｓｏ ｆｇ ｒ ａｐｈｅｎｅｏｘ ｉ ｄｅ［ Ｊ］． Ａｃ ｓＮａｎｏ， ２０１０， ４（ ８）： ４８０６ ４８１４． ＤＯＩ： １０． １０２１／ｎｎ１００６３６８． ? ［ １０］ ＹＵ Ｈｕ ｉ ｔ ａｏ， ＺＨＡＮＧＢａｎｇｗｅｎ， ＢＵＬＩＮＣｈａｏｋｅ， 犲 狋犪 犾．Ｈｉ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔｓｙｎ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｓｏ ｆｇ ｒ ａｐｈｅｎｅｏｘ ｉ ｄｅｂａ ｓ ｅｄｏｎｉｍｐ ｒ ｏｖｅｄ ? ｇｈ ｈｕｍｍｅ ｒ ｓｍｅ ｔ ｈｏｄ［ Ｊ］． Ｓｃ ｉ ｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃＲｅｐｏ ｒ ｔ ｓ， ２０１６， ６： ３６１４３（ １ ７）． ＤＯＩ： １０． １０３８／ｓ ｒ ｅｐ３６１４３． ? ［ １１］ ＰＥＮＧＬ ｉ， ＸＵＺｈｅｎ， ＬＩＵＺｈｅｎｇ， 犲 狋犪 犾． Ａｎｉ ｒ ｏｎ ｓ ｅｄｇ ｒ ｅ ｅｎａｐｐ ｒ ｏａ ｃｈｔ ｏ１ ｒ ｏｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅ ｌ ａｙｅ ｒｇ ｒ ａｐｈｅｎｅｏｘ  ?ｂａ ?ｈｐ ? ｉ ｄｅ［ Ｊ］． Ｎａ ｔ ｕ ｒ ｅＣｏｍｍｕｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｓ， ２０１５， ６： ５７１６． ＤＯＩ： １０． １０３８／ｎｃ ｏｍｍｓ ６７１６． ［ １２］ ＹＵ Ｃｈａｏ，ＷＡＮＧ Ｃａ ｉ ｆ ｅｎｇ， ＣＨＥＮ Ｓｕ． Ｆａ ｃ ｉ ｌ ｅａ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓｔ ｏｇ ｒ ａｐｈｅｎｅｏｘ ｉ ｄｅｆ ｒ ｏｍｆ ｅ ｒ ｒ ｏ ｉ ｎｄｕｃ ｅｄｏｘ ｉ ｄａ ｔ ｉ ｏｎ［ Ｊ］． Ｓｃ ｉ ｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ? Ｒｅｐｏ ｒ ｔ ｓ， ２０１６， ６： １７０７１． ＤＯＩ： １０． １０３８／ｓ ｒ ｅｐ１７０７１． ［ １３］ 侯永刚，吕生华，张佳，等 ．氧化石墨烯的制备及形成机理［ Ｊ］．精细化工， ２０１９（ ４）： ５５９ ５６７． ? ［ １４］ 朱碧馨，毋伟 ．氧化石墨的制备及应 用 ［ Ｊ］．中 国 粉 体 技 术， ２０１８， ２４（ ３）： １５?２１． ＤＯＩ： １０． １３７３２／ ｉ ｓ ｓｎ． １００８?５５４８． ｊ． ２０１８． ０３． ００４． ［ １５］ ＣＨＥＮＧ Ｈｕｈｕ， ＺＨＡＯ Ｆｅ ｉ， ＸＵＥＪ ｉ ａｎｇ ｌ ｉ， 犲 狋犪 犾．Ｏｎｅｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅｇ ｒ ａｐｈｅｎｅｏｘ ｉ ｄｅｆ ｉ ｌｍｆ ｏ ｒｒ ｅ ｓｐｏｎｓ ｉ ｖｅａ ｃ ｔ ｕａ ｔ ｉ ｏｎ［ Ｊ］．ＡＣＳ Ｎａｎｏ， ２０１６， １０（ １０）： ９５２９ ９５３５． ＤＯＩ： １０． １０２１／ａ ｃ ｓｎａｎｏ． ６ｂ０４７６９． ? ［ １６］ ＡＨＥＲ Ａ， ＣＡＩＹｕｇｕａｎｇ，ＭＡＪＵＭＤＥＲ Ｍ， 犲 狋犪 犾． Ｓｙｎ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｓｏ ｆｇ ｒ ａｐｈｅｎｅｏｘ ｉ ｄｅｍｅｍｂ ｒ ａｎｅ ｓａｎｄｔ ｈｅ ｉ ｒｂｅｈａｖ ｉ ｏ ｒｉ ｎｗａ  ｔ ｅ ｒａｎｄｉ ｓ ｏｐ ｒ ｏｐａｎｏ ｌ［ Ｊ］． Ｃａ ｒ ｂｏｎ， ２０１７， １１６： １４５ １５３． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｃ ａ ｒ ｂｏｎ． ２０１７． ０１． ０８６． ? ｊ． ［ １７］ ＩＷＡＳＨＩＴＡ Ｎ， ＰＡＲＫＣＲ， ＦＵＪ ＩＭＯＴＯ Ｈ， 犲 狋犪 犾． Ｓｐｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｆ ｏ ｒａｓ ｔ ａｎｄａ ｒ ｄｐ ｒ ｏ ｃ ｅｄｕ ｒ ｅｏ ｆＸ? ｒ ａｙｄ ｉ ｆ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｍｅ ａ ｓ  ｕ ｒ ｅｍｅｎ ｔ ｓｏｎｃ ａ ｒ ｂｏｎｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ［ Ｊ］． Ｃａ ｒ ｂｏｎ， ２００４， ４２（ ４）： ７０１ ７１４． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｃ ａ ｒ ｂｏｎ． ２００４． ０２． ００８． ? ｊ． ［ １８］ ＸＵ Ｙｕｘ ｉ， ＳＨＥＮＧ Ｋａ ｉ ｘｕａｎ， ＬＩＣｈｕｎ， 犲 狋犪 犾．Ｈｉ ｌ ｏｎｄｕｃ ｔ ｉ ｖｅｃｈｅｍｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｏｎｖｅ ｒ ｔ ｅｄｇ ｒ ａｐｈｅｎｅｐ ｒ ｅｐａ ｒ ｅｄｆ ｒ ｏｍ ｍｉ ｌ ｄ ｌ ｇｈ ｙｃ ｙｃ ｙ Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＭａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓＣｈｅｍｉ ｓ ｔ ｒ ２０１１， ２１（ ２０）： ７３７６ ７３８０． ＤＯＩ： １０． １０３９／Ｃ１ＪＭ１０７６８Ｂ． ｏｘ ｉ ｄ ｉ ｚ ｅｄｇ ｒ ａｐｈｅｎｅｏｘ ｉ ｄｅ［ ? ｙ， （责任编辑：黄晓楠 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：刘源岗） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１８１２０１９ ? 犗一氯均三嗪犖， 犖， 犖三甲基壳聚糖 在棉织物抗菌中的应用 车秋凌１，２，李明春１，２，辛梅华１，２ （ １．华侨大学 材料科学与工程学院，福建 厦门 ３６１０２１； ２．华侨大学 环境友好功能材料教育部工程中心，福建 厦门 ３６１０２１） 摘要： 采用甲醛甲酸法合成 犖 ， 犖， 犖?三甲基壳聚 糖（ ＴＭＣ），然 后 与 三 氯 均 三 嗪 进 行 反 应，合 成 带 有 纤 维 反 应性基团的水溶性 犗一氯均三嗪?犖 ， 犖， 犖?三甲基壳聚糖（ＭＣＴ?ＴＭＣ）．将产物对 棉 织 物 进 行 抗 菌 整 理，分 析 整理剂的质量浓度 和 相 对 分 子 质 量 对 其 抗 菌 性 能 的 影 响，测 试 整 理 后 织 物 的 白 度 和 强 力 ．结 果 表 明：将 ＴＭＣ 和 ＭＣＴ?ＴＭＣ 用于棉织物抗菌整理的最佳整理 用 量（质 量 分 数）为 ４％ ；经 ＴＭＣ 整 理 的 织 物 对 犈．犮 狅 犾 犻 和犛．犪狌狉 犲狌 狊 的抑菌率最高分别为 ９５． ８％ 和 ９６． ０％ ；经 ＭＣＴ?ＴＭＣ 整 理 的 织 物 对 犈．犮 狅 犾 犻 和 犛．犪狌狉 犲狌 狊的 抑 菌率最高分别为 ９６． ３％ 和 ９６． ６％ ，整理后织物强力有 所 提 升，但 白 度 略 有 下 降；ＭＣＴ?ＴＭＣ 整 理 棉 织 物 的 耐 洗涤性能较 ＴＭＣ 整理有显著提高，洗涤后抑菌率仍达到 ９０％ 以上 ． 关键词： 壳聚糖季铵盐；抗菌；棉织物；一氯均三嗪 中图分类号： ＴＳ１９５． ５；Ｏ６３６． １ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６４０ ０６ ? ? ? 犃狆狆 犾 犻 犮 犪 狋 犻 狅狀狅 犳犗?犕狅狀狅 犮犺 犾 狅 狋 狉 犻 犪 狕 犻 狀狔 犾 犖， 犖?犜狉 犻犿犲 狋 犺狔 犾 ?犖， 犆犺 犻 狋 狅 狊 犪狀犳 狅 狉犃狀 狋 犻 犫犪 犮 狋 犲 狉 犻 犪 犾犆狅 狋 狋 狅狀犉犪犫 狉 犻 犮 ， ， ， ＣＨＥ Ｑｉ ｕ ｌ ｉ ｎｇ１ ２，ＬＩＭｉ ｎｇｃｈｕｎ１ ２，ＸＩＮ Ｍｅ ｉ ｈｕａ１ ２ （ １．Ｃｏ ｌ ｌ ｅｇｅｏ ｆＭａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅａｎｄＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ； ｙ，Ｘｉ ２．Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇＲｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈＣｅｎ ｔ ｅ ｒｏ ｆＥｎｖ ｉ ｒ ｏｎｍｅｎ ｔ ｉ ｅｎｄ ｌ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＭａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ，Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｆＥｄｕｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ， ?Ｆｒ ｙＦｕｎｃ ｙｏ Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｙ，Ｘｉ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： 犖 ， 犖， 犖? ｔ ｒ ｉｍｅ ｔ ｈｙ ｌｃｈ ｉ ｔ ｏ ｓ ａｎ （ ＴＭＣ）ｗａ ｓｓｙｎ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｚ ｅｄｂｙｆ ｏ ｒｍａ ｌ ｄｅｈｙｄｅ ｆ ｏ ｒｍｉ ｃａ ｃ ｉ ｄｍｅ ｔ ｈｏｄ．Ｔｈｅｎｉ ｔ ? ｗａ ｓｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｅｄｗｉ ｔ ｈｃｙａｎｕ ｒ ｉ ｃｃｈ ｌ ｏ ｒ ｉ ｄｅｔ ｏｐ ｒ ｅｐａ ｒ ｅｆ ｉ ｂｅ ｒｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖｅａｎｄｗａ ｔ ｅ ｒｓ ｏ ｌ ｕｂ ｌ ｅ犗?ｍｏｎｏ ｃｈ ｌ ｏ ｒ ｏ ｔ ｒ ａ ｚ ｉ ｎｙ ｌ 犖， 犖? ?犖 ， ｔ ｒ ｉｍｅ ｔ ｈｙ ｌｃｈ ｉ ｔ ｏ ｓ ａｎ （ＭＣＴ?ＴＭＣ）．Ｃｏ ｔ ｔ ｏｎｆ ａｂ ｒ ｉ ｃｗａ ｓｆ ｉ ｎ ｉ ｓｈｅｄｂｙｔ ｈｅｐ ｒ ｏｄｕｃ ｔ ｓ．Ｔｈｅｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓｏ ｆｃ ｏｎｃ ｅｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖｅｍｏ ｌ ｅ ｃｕ ｌ ａ ｒｍａ ｓ ｓｏｎｉ ｔ ｓａｎ ｔ ｉ ｂａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌｐ ｒ ｏｐｅ ｒ ｔ ｒ ｅｄ ｉ ｓ ｃｕｓ ｓ ｅｄ，ａｎｄｔ ｈｅｗｈ ｉ ｔ ｅｎｅ ｓ ｓａｎｄｓ ｔ ｒ ｅｎｇ ｔ ｈｏ ｆｔ ｈｅｆ ｉ ｎ  ｙｗｅ ｉ ｓｈｅｄｆ ａｂ ｒ ｉ ｃｗｅ ｒ ｅｔ ｅ ｓ ｔ ｅｄ．Ｔｈｅｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｅｄｔ ｈａ ｔｔ ｈｅｏｐ ｔ ｉｍｕｍｆ ｉ ｎ ｉ ｓｈ ｉ ｎｇｃ ｏｎｓｕｍｐ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆＴＭＣａｎｄ ＭＣＴ?ＴＭＣ ｗａ ｓ（ ｃ ｏｎｓｕｍｐ ｔ ｉ ｏｎ）４％．ＴｈｅＩ ｎｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｉ ｏｎｒ ａ ｔ ｅ ｓｏ ｆｆ ａｂ ｒ ｉ ｃｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｅｄｂｙＴＭＣａｇａ ｉ ｎｓ ｔ犈．犮 狅 犾 犻ａｎｄ犛．犪狌狉 犲狌 狊ｗｅ ｒ ｅ ９５． ８％ ａｎｄ９６． ０％ ｒ ｅ ｓｐｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅ ｌ ３％ ａｎｄ９６． ６％ ｒ ｅ ｓｐｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅ ｌ ｒ ｅ ａ ｔ ｅｄｂｙ ＭＣＴ?ＴＭＣ．Ｔｈｅ ｙ，ａｎｄ９６． ｙ ｗｈｅｎｔ ｓ ｔ ｒ ｅｎｇ ｔ ｈｏ ｆｔ ｈｅｆ ｉ ｎ ｉ ｓｈｅｄｆ ａｂ ｒ ｉ ｃｗａ ｓｉｍｐ ｒ ｏｖｅｄ，ｗｈ ｉ ｌ ｅｔ ｈｅｗｈ ｉ ｔ ｅｎｅ ｓ ｓｄｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅｄｓ ｌ ｉ ｔ ｌ ｒ ｅ ｏｖｅ ｒ，ｔ ｈｅｗａ ｓｈ ｉ ｎｇ ｇｈ ｙ．Ｍｏ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａｎｃ ｅｏ ｆｃ ｏ ｔ ｔ ｏｎｆ ａｂ ｒ ｉ ｃｆ ｉ ｎ ｉ ｓｈｅｄｂｙ ＭＣＴ?ＴＭＣｗａ ｓｓ ｉ ｉ ｆ ｉ ｃ ａｎ ｔ ｌ ｉ ｒｔ ｈａｎｔ ｈａ ｔｆ ｉ ｎ ｉ ｓｈｅｄｂｙＴＭＣ，ｗｉ ｔ ｈｔ ｈｅ ｇｎ ｙｈ ｇｈｅ ｉ ｎｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｉ ｏｎｒ ａ ｔ ｅａｂｏｖｅ９０％ ａ ｆ ｔ ｅ ｒｗａ ｓｈ ｉ ｎｇ． 收稿日期： ２０１８ １２ １２ ? ? 通信作者： 辛梅华（ １９６２ Ｅ?ｍａ ｉ ｌ： ｍｈｘ ｉ ｎ＠ｈｑｕ． ｅｄｕ． ?），女，教授，博士，博士生导 师，主 要 从 事 功 能 高 分 子 材 料 的 研 究 ． ｃｎ． 基金项目： 福建省自然科学基金资助项目（ ２０１６Ｊ ０１２３４）；福建省海洋高新产业发展专项（ ２０１５２２） 第５期 车秋凌，等：犗一氯均三嗪犖 ， 犖， 犖三甲基壳聚糖在棉织物抗菌中的应用 ６４１ ｉ ｔ ｏ ｓ ａｎｑｕａ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｒ ｉ ｕｍｓ ａ ｌ ｔ；ａｎ ｔ ｉ ｂａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ；ｃ ｏ ｔ ｔ ｏｎ；ｍｏｎｏ ｃｈ ｌ ｏ ｔ ｒ ｉ ａ ｚ ｉ ｎｙ ｌ 犓犲 狉 犱 狊： ｃｈ ｙａｍｍｏｎ 狔狑狅 棉织物柔软透气，具有良好的吸水性，有利于细菌的粘附、转移和增殖 ．微生物的生长和代谢会对人 体造成威胁，产生异味，对织物的性能也有所损伤 ［１］，所 以，对 棉 织 物 的 抗 菌 整 理 势 在 必 行 ．壳 聚 糖 是 天 然的阳离子高分 子，对 细 菌 和 真 菌 具 有 一 定 的 广 谱 抗 菌 性 ［２］，在 织 物 抗 菌 整 理 中 已 有 广 泛 应 用 ． Ｅｌ ? ［］ Ｔａｈ ｌ ａｗｙ 等 ３ 用壳聚糖整理棉织物时，采用 两 种 不 同 的 交 联 剂，可 使 织 物 具 有 持 久 的 广 谱 抗 菌 性 ． Ｌ ｉｍ 等 ［４］首次合成具有纤维反应性的壳聚 糖 季 铵 盐 整 理 剂 羟 犗甲 基 丙 烯 酰 胺?犖? 羟 丙 基 三 甲 基 氯 化 铵， ２ ? 可与棉纤维上的羟基发生共价键结合，织物经洗涤后，仍保 持良 好的抗 菌 性 ．但 是 以 上 方 法 对 棉 织 物 的 整理温度基本在 １５０ ℃ 以上，棉织物的强力有所下降，对手感、白 度也 有影 响，整理剂 的 利 用 率 也 较 低 ． 三聚氯氰稳定的六元环上的 ３ 个氯原子具有较高的反应活性，可以发生亲核取代，而且逐步取代的温度 ［］ 不同，可以控制逐步反应的进行 ［５］．因此，三聚氯氰在纺织、印染等 领域 已有广泛 应用 ． Ｅａ ｓ ｓ ｏｎ 等 ６ 使用 两种磷酸酯与三聚氯氰合成阻燃整理剂，并对棉织物进行整理，使织物具有一 定耐 久 性的 阻燃性 能 ． Ｅｌ ? ［］ Ｂｏ ｒ ａ ｉ等 ７ 使用吡唑和三聚氯氰合成几种活性染料，对棉 织物进 行染色，这 些染 料 均 具 有 优 秀 的 各 项 牢 ［］ 度． Ｚｈａｎｇ８ 在碱性条件下，使用三聚氯氰 和β ?环 糊 精，合 成 能 与 棉 织 物 共 价 键 结 合 的 一 氯 均 三 嗪β?环 糊精 ．蒋之铭等 ［９］于 ６０ ℃ 碱性溶液中，合成 ２ ４ ４ ２， ２， ６， ６ ４ ６ ?（苯磺酸钠? ?氨基） ? ?（ ?四甲基? ?哌啶醇 基） ? ? ［ ］ 氯? １， ３， ５ ＢＴＭＰＴ），整理棉织物，使棉织物具有较强的抗菌性 ．丁阳等 １０ 合成反应型整理剂 ４ ４ ?三嗪（ ?（ ? 氯? ６ ２， ２， ６， ６ ４ １， ３， ５ ２ ２ ?（ ?四甲基? ?氨基） ? ?三嗪? ?氧基） ? ?羟基 苯基 苯甲酮，整理 后的 棉织物具 有抗菌 和抗 紫外双功能 ．本文合成了两种壳聚糖季铵盐 犖 ， 犖， 犖?三 甲 基 壳 聚 糖（ ＴＭＣ）和 犗一 氯 均 三 嗪?犖 ， 犖， 犖? 三甲基壳聚糖（ＭＣＴ?ＴＭＣ）［１１?１２］，采用竭染法（ １００ ℃ 以下）将 ＴＭＣ 和 ＭＣＴ?ＴＭＣ 用于棉织物 整理，探 讨整理剂用量（整理剂与织物质量的比值）和相对分子质量对棉织物抗菌的影响 ． １ 实验部分 １． １ 实验材料 犖?甲基? ２ ＡＲ）、三聚氯氰（ ＣＮＣ， ＡＲ）、酵 母 浸 粉 （ ＢＲ）、蛋 白 胨 （ ＢＲ）、琼 脂 （ ＢＲ），阿 拉 丁 ?吡咯烷酮（ 试剂；棉织物（广东省广州市广利隆纺织品有限公司）；壳聚糖（ ＣＳ， 犕ｗ 为 １０， ５０， １００ｋｕ，浙 江 省 玉 环 市 澳兴生物技术有限公司）；甲醛（质量分数为 ３７％ ～４０％ ，上海市国药集 团化 学试剂 有限公司）；甲 酸（质 量分数 ≥８８％ ）、碘甲烷（质量分数为 ９８％ ）（山东省临沂市西亚化学工 业有限 公司）；实验菌 种为 大肠杆 菌（ 犈．犮 狅 犾 犻）、金黄色葡萄球菌（ 犛．犪狌狉 犲狌 狊）（福建省泉州市卫生防疫站）；其他试剂均为市售分析纯 ． ＭＬＳ ３７５０ 型全自动灭菌锅（日本三洋公司）； ＳＰＡ? １１１Ｒ 型恒温摇 床、 ＳＰＨ? ２１１Ｃ 型 全温摇 床（上海 ? 世平实验设备有限公司）； ＳＨＰ １５０ 型生化培 养 箱（上 海 森 信 实 验 仪 器 有 限 公 司）； ＳＷ?ＣＪ １Ｆ 型 洁 净 工 ? ? 作台（江苏省苏州市净化设备有限公司）； ＳＷ１２Ａ? １ 型 耐 洗 色 牢 度 试 验 机 （浙 江 省 温 州 市 方 圆 仪 器 有 限 公司； Ｄａ ｔ ａ ｃｏ ｌ ｏ ｒ８００ 型测色仪（江苏省 苏 州 市 Ｄａ ｔ ａ ｃｏ ｌ ｏ ｒ 科 技 苏 州 分 公 司）； ＧＴ?ＡＩ ７０００Ｓ 型 拉 力 机 （浙 ? 江省杭州市高铁仪器有限公司）． １． ２ 实验方法 １． ２． １ ＭＣＴ?ＴＭＣ 的合成 ＭＣＴ?ＴＭＣ 合 成 路 线，如图 １ 所 示 ．将 ５ｇ 壳 聚 糖 溶 于 １５ ｍＬ 甲 酸 中，加入 ３０ ｍＬ 质 量 分 数 为 ３７％ 的 甲 醛 溶 液 和 ４５ｍＬ 水，在 ７０ ℃ 下 反 应 １１８ｈ．用 质 量 分 数 为 ４０％ 的 ＮａＯＨ 溶 液 调 节 ｐＨ 值 至 １２，抽 滤，水 洗 至中性，真空干燥得 犖 ， 犖?二甲基壳聚糖（ ＤＭＣ）． 将 ２ｇ 的 ＤＭＣ 溶于 １００ｍＬ 的 犖?甲基? ２ ?吡咯烷 酮中，加入 １６ｍＬ 碘 甲 烷， ４０ ℃ 反 应 １２０ｈ，将 其 图 １ ＭＣＴ?ＴＭＣ 的合成路线 倒入乙醇／乙醚 （体 积 比 为 １∶１）混 合 溶 剂 中，沉 Ｆ ｉ １ Ｓｙｎ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｓｏ ｆＭＣＴ?ＴＭＣ ｇ． 淀，洗涤，分别用质量分数为 １％ 的 ＮａＣｌ溶液和 水 透 析，冷 冻 干 燥，得 犖 ， 犖， 犖?三 甲 基 壳 聚 糖 （ ＴＭＣ）． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６４２ ２０１９ 年 将 ０． ２ｇ 的 ＮａＯＨ 溶 于 ５ ｍＬ 水 中，置 于 冰 浴 中 （ ０～５ ℃ ）．称 取 ５ｇ 碎 冰 备 用，准 确 称 取 ０． ４５２ｇ 的 ＣＮＣ，分 ３ 批加入 ＮａＯＨ 溶液中，每次同 时 加 入 １／３ 的 碎 冰 以 防 过 热，在 冰 浴 中 反 应 １～２ｈ，直 至 ｐＨ 值稳定在中性或弱碱性不变 ．称取 ０． １ｇ 的 ＴＭＣ 溶于 １０ｍＬ 水中，缓慢加入上述溶液中，并加入 ０． １ｇ 的 ＮａＯＨ， ３０ ℃ 反应 １２ｈ，蒸馏水透析，冻干，得 犗一氯均三嗪?犖 ， 犖， 犖?三甲基壳聚糖 ． １． ２． ２ 壳聚糖衍生物对棉织物的整理工艺 ＴＭＣ 对棉织物的抗菌整理工艺 如下：浴比 为 １∶２０，润湿 后的棉织物投入 ０ ℃ 的水中，升温至 ９５ ℃ ，加入一定量的 ＴＭＣ，保温 ６０ｍｉ ｎ 后降温，水洗烘干 ． ＭＣＴ?ＴＭＣ 对棉织物的抗菌整理工艺如下：浴比为 １∶２０，润湿的棉织物投入 ４０ ℃ 的水中，加入一 定量的 ＭＣＴ?ＴＭＣ，保温６０ｍｉ ｎ，加入 Ｎａ２ＣＯ３（使溶液中 Ｎａ２ＣＯ３ 的质量浓度为１５ｇ·Ｌ－１），升温至９５ ℃ ，保温 ３０ｍｉ ｎ，降温后水洗 ． １． ３ 测试与表征 １． ３． １ 棉织物的抗菌性能测试 根据参考文献［ １３］的 方法测 定织物 的抗 菌性，实验菌种 为 犈．犮 狅 犾 犻和 犛．犪狌狉 犲狌 狊，织物为（ １． ０００±０． ００５）ｇ，接 种 为（ １． ０±０． １）ｍＬ，活 菌 为 １×１０５ ～５×１０５ ＣＦＵ· ｍＬ－１ 菌 液，在（ ３７±２）℃ 下培养 ２ｈ，取 ５０μＬ 稀释至适当的培养液，均匀涂覆在琼脂板上，在 ３７ ℃ 的培养箱中 培养 １９～３７ｈ，观察各个平板上的细菌生长情况 ．根据稀释倍数算出菌落数，并计算抑菌 率，实验重 复 ３ 次，取平均值 ．织物的抑菌率计算公式为 抑菌率 ＝ 空白样菌落数 － 整理后织物菌落数 ×１００％． 空白样菌落数 １． ３． ２ 棉织物的白度测试 使用 Ｄａ ｔ ａ ｃｏ ｌ ｏ ｒ８００ 型测 色仪，参 照 ＧＢ／Ｔ１７６４４－１９９８《纺 织 纤 维 白 度 色 ［ １４］ 度试验方法》 进行测试 ．根据 ＧＴ／Ｔ６５２９－２００８《纺织品 调湿和试验用标准大气》［１５］对织物进行调湿 后，将棉织物 ４ 折后，进行测试，每个试样测试 ３ 次，取平均值 ． １． ３． ３ 棉织物的断裂强力测试 使用 ＧＴ?ＡＩ ７０００Ｓ 型 拉力 机，参照 ＧＢ／Ｔ３９２３． １－２０１３《纺 织 品 织 ? ［ １６］ 物拉伸性能 第 １ 部分 断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）》 测定织物的拉伸断裂强力 ．布 条尺寸 ［ ］ 为 ３５． ０ｃｍ×５． ５ｃｍ，根据 ＧＢ／Ｔ６５２９－２００８《纺织品 调 湿和 试验用标 准大气》１５ 进行 调 湿 后 测 试 ．设 定材料实验机的拉伸速度为 ５０ｍｍ·ｍｉ ｎ－１ ，夹钳距离为 ２００ｍｍ，预加张力为 ２Ｎ，分别测 定 ３ 份径向 和纬向的织物的断裂强力，取平均值 ． １． ３． ４ 棉织物 的耐 水洗性能测 试 使 用 ＳＷ１２Ａ? １ 型耐 洗色牢度 试验机，参照 ＧＢ／Ｔ３９２１－２００８《纺 ［ １７］ 织品 色牢度试验 耐皂洗牢度》 测定织物的耐皂牢度，皂液质量浓度为 ５ｇ·Ｌ－１ ，温度为（ ５０±２）℃ ， 时间为 ３０ｍｉ ｎ． ２ 结果与讨论 ２． １ 整理剂用量对织物抗菌性能的影响 根据壳聚糖衍生物对棉织物的整理工艺，以 １００ｋｕ 的 ＣＳ 为原料合成 ＴＭＣ 和 ＭＣＴ?ＴＭＣ，对棉织 物进行整理，按 照 棉 织 物 的 抗 菌 性 能 测 试 方 表 １ 整理剂用量对棉织物抑菌率的影响 法测试棉织 物 的 抑 菌 率（使 用 不 同 质 量 分 数 Ｔａｂ． １ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔｏ ｆｃ ｏｎｓｕｍｐ ｔ ｉ ｏｎｏｎ 整理剂整理），探讨整理剂用量（质量分数 狑） ｉ ｎｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｉ ｏｎｒ ａ ｔ ｅｏ ｆｃ ｏ ｔ ｔ ｏｎｆ ａｂ ｒ ｉ ｃ η／％ 对织物抗菌性的影响，结 果 如 表 １ 所 示 ．表 １ 中： η 为抑菌率 ．由表 １ 可知以下 ３ 点 ． １）经两种整理剂整理后的棉织 物，其 对 犛．犪狌狉 犲狌 狊 的 抗 菌 性 优 于 对 犈 ．犮 狅 犾 犻的抗菌 性，当 整 理 剂 的 用 量 为 ０． ５％ 时，ＴＭＣ 和 ＭＣＴ?ＴＭＣ 整 理 的 棉织对 犈．犮 狅 犾 犻 的抑 菌率 均为 ０，而对 犛．犪狌狉 犲狌 狊 的抑菌能表现出一定 的抗菌性 ．随 着 整 理 剂 用 量 的 增 加，织 物 对 狑／％ ＴＭＣ 整理 犈．犮 狅 犾 犻 犛．犪狌狉 犲狌 狊 ０． ５ ０ １． ０ ７５． ２ ２． ０ ＭＣＴ?ＴＭＣ 整理 犈．犮 狅 犾 犻 犛．犪狌狉 犲狌 狊 ３２． ５ ０ １５． ７ ７８． ６ ７２． ５ ７７． ６ ８９． ２ ９２． ４ ９２． ５ ９３． ５ ３． ０ ９３． ７ ９５． １ ９５． ２ ９５． ８ ４． ０ ５． ０ ９５． ８ ９５． ５ ９６． ０ ９６． ４ ９６． ３ ９６． ２ ９６． ６ ９６． ９ 犛．犪狌狉 犲狌 狊 的抑菌率始终比犈 ．犮 狅 犾 犻 高 ．这是因为两种壳聚糖季铵盐带正电荷，通过与细菌表面的负电荷 ［ ］ 发生静电作用而起到抗菌作用，而 犛．犪狌狉 犲狌 狊 比 犈 ．犮 狅 犾 犻 有更多的负电荷 １８ ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 车秋凌，等：犗一氯均三嗪犖 ， 犖， 犖三甲基壳聚糖在棉织物抗菌中的应用 ６４３ ２）当整理剂用量小于 １％ 时，经 ＴＭＣ 整 理 的 织 物 的 抑 菌 率 高 于 ＭＣＴ?ＴＭＣ 整 理 的 ．原 因 可 能 是 ＴＭＣ 每个结构单元的相对分子质量为 ２４０． ５，而 ＭＣＴ?ＴＭＣ 每 个 结 构 单 元 的 相 对 分 子 质 量 为 ３９２． ０， 在相同质量下， ＴＭＣ 的结构单元数量多于 ＭＣＴ?ＴＭＣ， ＴＭＣ 所带正电荷数多于 ＭＣＴ?ＴＭＣ，抗 菌性更 好 ．当整理剂用量大于 ２％ 时，ＭＣＴ?ＴＭＣ 整 理 的 棉 织 物 的 抑 菌 率 优 于 ＴＭＣ 整 理 的，这 可 能 是 因 为 引 入的一氯均三嗪基团具有一定的疏水性，一氯均三嗪基团与细胞膜上的疏水部分相互作用，也加速细胞 膜的破裂，从而提高织物抗菌性能 ［１９］． ３）当整理剂用量大于 ４％ 时，织物的抑菌率趋于稳定，不再上升 ．因为当整理剂用量较低时，阳离子 型整理剂和带负电的织物表面通过静电力发生吸附，随着整 理剂 用量 的 增 大，吸 附 量 增 大 ．当 织 物 表 面 吸附的 ＴＭＣ 和 ＭＣＴ?ＴＭＣ 达到一定量时， ＴＭＣ 和 ＭＣＴ?ＴＭＣ 会在织物表面形成一层阳离子膜，与溶 液中的阳 离 子 型 整 理 剂 发 生 排 斥， ＴＭＣ 和 ＭＣＴ?ＴＭＣ 不 再 与 棉 织 物 吸 附，使 抑 菌 率 不 再 上 升 ．综 上， ＴＭＣ 和 ＭＣＴ?ＴＭＣ 对棉织物的整理用量选择为 ４％． ２． ２ 壳聚糖衍生物相对分子质量对织物抗菌性能的影响 表 ２ 相对分子质量对棉织物抗菌性能的影响 根据壳聚糖衍生物对棉织物的整理 Ｔａｂ． ２ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔｏ ｆ犕ｗ ｏｎｉ ｎｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｉ ｏｎｒ ａ ｔ ｅｏ ｆｃ ｏ ｔ ｔ ｏｎｆ ａｂ ｒ ｉ ｃ 工艺，使用以 １０， ５０ 和 １００ｋｕ 的 ＣＳ 为 η／％ 原料 制 备 的 ＴＭＣ 和 ＭＣＴ?ＴＭＣ 整 理 棉织物，整理剂用 量 为 ４％ ，讨 论 整 理 剂 犕ｗ／ｋｕ ＴＭＣ 整理 犈．犮 狅 犾 犻 犛．犪狌狉 犲狌 狊 犈．犮 狅 犾 犻 犛．犪狌狉 犲狌 狊 １０ ９０． ４ ９１． ０ ９３． １ ９４． １ ５０ ９３． ３ ９４． １ ９５． ９ ９４． ８ １００ ９５． ８ ９６． ０ ９６． ３ ９６． ６ 的相对 分 子 质 量 对 织 物 抗 菌 性 能 的 影 响，结果如表 ２ 所示 ． 由表 ２ 可 知：随 着 整 理 剂 相 对 分 子 ＭＣＴ?ＴＭＣ 整理 质量的增大，织物的抑菌率增大 ．这可能 是因为整理剂与织物之间的吸附过程是可逆的，吸附 和解吸 同时存 在，随 着 整 理 剂 相 对 分 子 质 量 提 高， ＴＭＣ 和 ＭＣＴ?ＴＭＣ 与棉织物的直接性增强，与织物 间 吸 引 力 更 大，结 合 牢 度 更 高，在 织 物 上 结 合 的 量 更多，所以抑菌率增大 ［２０］． ２． ３ 壳聚糖衍生物整理对织物白度的影响 根据棉织物的白度测试方法测试节 ２． ２ 中整理的棉织物的白度，结果如表 ３ 所示 ． 表 ３ 整理后棉织物的白度 Ｔａｂ． ３ Ｗｈ ｉ ｔ ｅｎｅ ｓ ｓｏ ｆｆ ｉ ｎ ｉ ｓｈｅｄｃ ｏ ｔ ｔ ｏｎｆ ａｂ ｒ ｉ ｃ 整理剂 白度／％ 空白 １３２． ３４ ＴＭＣ（ ５０ｋｕ） １２２． ２４ 整理剂 白度／％ ＴＭＣ（ １０ｋｕ） １２１． ２５ ＴＭＣ（ １００ｋｕ） １２５． ８７ 整理剂 白度／％ ＭＣＴ?ＴＭＣ（ １０ｋｕ） １２０． ８３ ＭＣＴ?ＴＭＣ（ １００ｋｕ） １２２． ７１ 整理剂 白度／％ ＭＣＴ?ＴＭＣ（ ５０ｋｕ） １２０． ７６ 由表３ 可知：经过 ＴＭＣ／ＭＣＴ?ＴＭＣ 整理的棉织物的白度有所下降， ＴＭＣ 整理和 ＭＣＴ?ＴＭＣ 整理 的棉织物白度差别不大 ．白度降低 的 原 因 是 ＣＳ 原 料 本 身 呈 淡 黄 色，合 成 产 物 也 略 带 黄 色，相 对 分 子 质 量较小的 ＣＳ 的颜色更深，所以使用相对分子质量较小的整理剂的棉织物的白度下降更多 ． ２． ４ 壳聚糖衍生物整理对织物强力的影响 根据棉织物的断裂强力测试方法，检测节 ２． ２ 中整理的棉织物的拉伸断裂强力（ 犉），结果如表 ４ 所 示 ．由表 ４ 可 知；经 ＴＭＣ 和 ＭＣＴ?ＴＭＣ 整 理 后 的 棉 织 表 ４ 整理后棉织物的强力 物的 拉 伸 断 裂 强 力 均 有 所 上 升，原 因 是 当 ＴＭＣ／ＭＣＴ? Ｔａｂ． ４ Ｓ ｔ ｒ ｅｎｇ ｔ ｈｏ ｆｆ ｉ ｎ ｉ ｓｈｅｄｃ ｏ ｔ ｔ ｏｎｆ ａｂ ｒ ｉ ｃ ＴＭＣ 整理时，壳聚糖基 整 理 剂 覆 盖 在 棉 纤 维 表 面，形 成 一层保护 膜，使 织物 的强力增 大 ［２１］；经 ＭＣＴ?ＴＭＣ 整理 的棉织物的拉 伸 断 裂 强 力 比 ＴＭＣ 整 理 的 高，可 能 是 因 为 ＭＣＴ?ＴＭＣ 整理 时，整 理 剂 与 织 物 结 合 相 对 更 多；相 对分子质量对棉织物的强力的影响没有明显规律 ． ２． ５ 壳聚糖衍生物整理棉织物的耐水洗性能测试 按照棉织物的耐水洗性能测试方法对节 ２． ２ 中整理 整理剂 犉／Ｎ 经向 纬向 空白 ２８１． ４３ ２０２． １３ １０ｋｕ） ＴＭＣ（ ＴＭＣ（ ５０ｋｕ） （ ＴＭＣ １００ｋｕ） ＭＣＴ?ＴＭＣ（ １０ｋｕ） ＭＣＴ?ＴＭＣ（ ５０ｋｕ） （ ＭＣＴ?ＴＭＣ １００ｋｕ） ３０７． ７５ ３０１． ６０ ３０４． ５９ ３１９． ８８ ３１８． ９３ ３１１． ３０ ２１８． ４８ ２１７． ７５ ２１７． ６０ ２２４． ６８ ２２５． ０７ ２１８． ２９ 的棉织物进行洗涤，并按节 １． ６ 方法测试织物的抑菌率， 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６４４ ２０１９ 年 表 ５ 洗涤后棉织物的抑菌率 结果如表 ５ 所示 ． Ｔａｂ． ５ Ｉ ｎｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｉ ｏｎｒ ａ ｔ ｅｏ ｆｃ ｏ ｔ ｔ ｏｎａ ｆ ｔ ｅ ｒｗａ ｓｈ ｉ ｎｇ 由 表 ５ 可 知：经 ＴＭＣ 和 ＭＣＴ? η／％ ＴＭＣ 整理的 棉 织 物 经 过 洗 涤 后 仍 具 有 一定的抗菌性，但 是 与 节 ２． ２中结果对 犕ｗ／ｋｕ 比， ＴＭＣ 整 理 的 棉 织 物 经 洗 涤 后 抑 菌 率明显下 降，这 是 因 为 ＴＭＣ 靠 大 分 子 犈．犮 狅 犾 犻 犛．犪狌狉 犲狌 狊 犈．犮 狅 犾 犻 犛．犪狌狉 犲狌 狊 １０ ７１． ９ ８０． ７ ９０． ３ ９２． ２ ５０ ７２． ３ ８０． ９ ９３． １ ９４． ０ 间作用力和 静 电 力 与 棉 织 物 结 合，键 能 １００ ７２． １ ８２． ２ ９４． ２ ９６． ２ ＴＭＣ 整理 ＭＣＴ?ＴＭＣ 整理 较低，经 洗 涤 后 容 易 脱 落 ［２２］；而 ＭＣＴ? ＴＭＣ 整理的棉织物经洗涤后仍保持优良的抗菌性，原因是在碱 性 条件 下，ＭＣＴ?ＴＭＣ 上的 一氯 均三嗪 与棉织物分子上的 －ＯＨ 发生反应，如图 ２ 所 示，形成 共价 键结 合，键能较 高，并且 ＭＣＴ?ＴＭＣ 与 棉 织 物存在大分子间作用力和静电力，共同作用下结合牢度更高 ． 图 ２ ＭＣＴ?ＴＭＣ 与棉织物的反应 Ｆ ｉ ２ Ｒｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｂｅ ｔｗｅ ｅｎ ＭＣＴ?ＴＭＣａｎｄｃ ｏ ｔ ｔ ｏｎ ｇ． ３ 结论 １）合成 犖 ， 犖， 犖?三甲基壳聚糖和带有纤维反应 性基 团 的 犗一 氯 均 三 嗪?犖 ， 犖， 犖?三 甲 基 壳 聚 糖， 应用 于 棉 织 物 的 抗 菌 整 理，探 讨 整 理 剂 质 量 分 数 和 相 对 分 子 质 量 对 织 物 抗 菌 性 能 的 影 响 ．结 果 表 明： ＴＭＣ 和 ＭＣＴ?ＴＭＣ 对 棉 织 物 最 佳 质 量 分 数 均 为 ４％ ，相 对 分 子 质 量 较 高 时 织 物 抗 菌 性 能 好，ＭＣＴ? ＴＭＣ 整理的棉织物的抑菌率略优于 ＴＭＣ． ２）对 ＴＭＣ 和 ＭＣＴ?ＴＭＣ 整理的棉织物进行白度和 强 力测 试，结 果 表 明：整 理 后 的 织 物 的 白 度 略 有下降，相对分子质量较小的整理剂对织物白度影响更大；整理后 的织 物 的 拉 伸 断 裂 强 度 上 升，分 子 质 量对该性能影响不大，ＭＣＴ?ＴＭＣ 整理后的棉织物强度上升更明显 ． ３）对 ＴＭＣ 和 ＭＣＴ?ＴＭＣ 整理后的棉织物进行耐水 洗 性能 测 试，结 果 表 明：引 入 一 氯 均 三 嗪 基 团 之后，ＭＣＴ?ＴＭＣ 与棉织物的结合牢度较 ＴＭＣ 显著提高 ． 参考文献： ［ １］ ＡＢＨＩ ＳＨＥＫ Ｋ，ＭＩ ＳＨＲＡ， ＶＩ ＪＡＹＳ， 犲 狋犪 犾． Ａｇｅｎ ｔ ｓｕｓ ｅｄｆ ｏ ｒａｎ ｔ ｉｍｉ ｃ ｒ ｏｂ ｉ ａ ｌｔ ｒ ｅ ａ ｔｍｅｎ ｔｆ ｏ ｒｔ ｅｘ ｔ ｉ ｌ ｅ ｓａｒ ｅ ｖ ｉ ｅｗ［ Ｊ］． Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎａ  ｔ ｉ ｏｎａ ｌＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＣｕ ｒ ｒ ｅｎ ｔＲｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈ， ２０１７， ９（ １）： ４５６０４ ４５６０９． ? ［ ２］ ＦＩＲＤＯＵＳＫ， ＣＨＡＫＲＡＢＯＲＴＹＳ． Ａｒ ｅ ｖ ｉ ｅｗ：Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｌ ｉ ｌ ｂ ｌ ｅｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓｏ ｆｃｈ ｉ ｔ ｏ ｓ ａｎａｎｄａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓｏ ｆｃｈ ｉ ｔ ｏ ｓ ａｎｄｅ ｒ ｉ ｖａ  ｙａｖａ ｙ ｔ ｉ ｖｅ ｓｆ ｏ ｒｉ ｔ ｓａｎ ｔ ｉｍｉ ｃ ｒ ｏｂ ｉ ａ ｌａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ Ｊ］． Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＲｅ ｃ ｅｎ ｔＳｃ ｉ ｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃＲｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈ， ２０１７， ３（ ８）： １５７７３ ?１５７７６． ｙ［ ＤＯＩ： １０． ２４３２７／ ｉ ｒ ｓ ｒ． ２０１７． ０８０３． ０００３． ｊ ［ ３］ ＥＬ ＥＬ ＥＬＨＥＮＤＡＷＹ Ａ Ｇ， 犲 狋犪 犾． Ｔｈｅａｎ ｔ ｉｍｉ ｃ ｒ ｏｂ ｉ ａ ｌａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｆｃ ｏ ｔ ｔ ｏｎｆ ａｂ ｒ ｉ ｃ ｓ ?ＴＡＨＬＡＷＹ Ｋ Ｆ， ?ＢＥＮＤＡＲＹ Ｍ Ａ， ｙｏ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｅｄｗｉ ｔ ｈｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｃ ｒ ｏ ｓ ｓ ｌ ｉ ｎｋ ｉ ｎｇａｇｅｎ ｔ ｓａｎｄｃｈ ｉ ｔ ｏ ｓ ａｎ［ Ｊ］． Ｃａ ｒ ｂｏｈｙｄ ｒ ａ ｔ ｅＰｏ ｌ ｒ ｓ， ２００５， ６０（ ４）： ４２１ ＤＯＩ： １０． ?４３０． ｙｍｅ ｃ ａ ｒ ｂｐｏ ｌ． ２００５． ０２． ０１９． １０１６／ ｊ． ［ ４］ ＬＩＭ ＳＨ， ＨＵＤＳＯＮＳ Ｍ． Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆａｆ ｉ ｂｅ ｒ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖｅｃｈ ｉ ｔ ｏ ｓ ａｎｄｅ ｒ ｉ ｖａ ｔ ｉ ｖｅｔ ｏｃ ｏ ｔ ｔ ｏｎｆ ａｂ ｒ ｉ ｃａ ｓａｎａｎ ｔ ｉｍｉ ｃ ｒ ｏｂ ｉ ａ ｌｔ ｅｘ  ? ｔ ｉ ｌ ｅｆ ｉ ｎ ｉ ｓｈ［ Ｊ］． Ｃａ ｒ ｂｏｈｙｄ ｒ ａ ｔ ｅＰｏ ｌ ｒ ｓ， ２００４， ５６（ ２）： ２２７ ２３４． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｃ ａ ｒ ｂｐｏ ｌ． ２００４． ０２． ００５． ? ｙｍｅ ｊ． ［ ５］ ＢＬＯＴＮＹ Ｇ． Ｒｅ ｃ ｅｎ ｔＡｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｓｏ ｆ２， ４， ６?Ｔｒ ｉ ｃｈ ｌ ｏ ｒ ｏ?１， ３， ５?ｔ ｒ ｉ ａ ｚ ｉ ｎｅａｎｄｉ ｔ ｓｄｅ ｒ ｉ ｖａ ｔ ｉ ｖｅ ｓｉ ｎｏ ｒ ｉ ｃｓｙｎ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｓ［ Ｊ］． ｇａｎ Ｃｈｅｍｉ ｎ ｆ ｏ ｒｍ， ２００６， ６２（ ４１）： ９５０７ ９５２２． ? ［ ６］ ＥＡＳＳＯＮ Ｍ， ＣＯＮＤＯＮ Ｂ， ＹＯＳＨＩＯＫＡＴＡＲＶＥＲ Ｍ，犲 狋犪 犾．Ｃｙａｎｕｒ ｉ ｃｃｈ ｌ ｏ ｒ ｉ ｄｅｄｅ ｒ ｉ ｖａ ｔ ｉ ｖｅ ｓｆ ｏ ｒｃ ｏ ｔ ｔ ｏｎｔ ｅｘ ｔ ｉ ｌ ｅｔ ｒ ｅ ａ ｔ  ｍｅｎ ｔ ｓｙｎ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｓ，ａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓ，ａｎｄｆ ｌ ａｍｍａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎｇ［ Ｊ］． Ａａ ｔ ｃ ｃＲｅ ｖ ｉ ｅｗ， ２０１１， １１（ ６）： ６０ ６６． ? ? ｙ ｙｔ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 车秋凌，等：犗一氯均三嗪犖 ， 犖， 犖三甲基壳聚糖在棉织物抗菌中的应用 ６４５ ［ ７］ ＲＩ ＺＫ Ｈ Ｆ， ＩＢＲＡＨＩＭ ＳＡ， ＥＬ Ｓｙｎ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｓ，ｆ ａ ｓ ｔ ｎｅ ｓ ｓｐ ｒ ｏｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ，ｃ ｏ ｌ ｏ ｒａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓｍｅｎ ｔａｎｄａｎ ｔ ｉｍｉ ｃ ｒ ｏｂ ｉ ａ ｌａ ｃ  ?ＢＯＲＡＩＭ Ａ． ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｆｓ ｏｍｅａ ｚ ｏｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖｅｄｙｅ ｓｏ ｆｐｙ ｒ ａ ｚ ｏ ｌ ｅｍｏ ｉ ｅ ｔ Ｊ］． Ｄｙｅ ｓａｎｄＰ ｉ ｔ ｓ， ２０１５， １１２（ １）： ８６ ＤＯＩ： １１０． １０１６／ ?９２． ｙｏ ｙ［ ｇｍｅｎ ｊ． ｄｙｅｐ ｉ ２０１４． ０６． ０２６． ｇ． ［ ８］ ＺＨＡＮＧ Ｆｅ ｉ ｆ ｅ ｉ． Ｓｙｎ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｓｏ ｆβ?ｃｙ ｃ ｌ ｏｄｅｘ ｔ ｒ ｉ ｎｆ ｕｎｃ ｔ ｉ ｏｎａ ｌ ｉ ｚ ｅｄｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｌ ｏ ｓ ｅｎａｎｏ ｃ ｒ ｓ ｔ ａ ｌ ｓａｎｄｔ ｈｅ ｉ ｒｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｓ ｗｉ ｔ ｈａｍ ｙ ｉ ｉ ｌ ｉ ｃｃ ｏｍｐｏｕｎｄｓ［ Ｄ］．Ｗａ ｔ ｅ ｒ ｌ ｏｏ： Ｕｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｆＷａ ｔ ｅ ｒ ｌ ｏｏ， ２０１４． ｐｈ ｐｈ ｙｏ ［ ９］ 蒋之铭，任学宏 ．棉织物的三嗪类卤胺化合物抗菌整理［ Ｊ］．印染， ２０１４（ ２３）： １１ １４． ? ［ １０］ 丁阳，李蓉，喻庆波，等 ．一种新型抗 菌 抗 紫 外 双 功 能 整 理 剂 的 合 成 及 应 用 研 究 ［ Ｊ］．化 工 新 型 材 料， ２０１７， ４５（ ７）： ２１７ ２１９， ２２２． ? ［ １１］ 王朝，辛梅华，李明春，等 ． 犗?己 酰 化 壳 聚 糖 季 铵 盐 的 合 成 及 其 抗 菌 活 性 研 究 ［ Ｊ］．功 能 材 料， ２０１３， ４４（ １５）： ２１４８? ｉ ｓ ｓｎ． １００１ ２１５１． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ９７３１． ２０１３． １５． ００４． ? ｊ． ［ １２］ 车秋凌，辛梅华，李明春，等 ． 犗?一氯均三嗪 犖 ， 犖， 犖 三甲基壳聚糖的合成及其在羊毛织物 抗 菌 中 的 应 用［ Ｊ］．化 工 进展， ｉ ｓ ｓｎ． １０００ ２０１８， ３７（ ３）： １０９８ １１０４． ＤＯＩ： １０． １６０８５／ ６６１３． ２０１７ １９５５． ? ? ? ｊ． ［ １３］ 美国纺织化学家和染色家协会 ．纺织品抗菌整理剂评定：ＡＡＴＣＣ１００－２００４［ Ｓ］．北京：中国纺织出版社， ２０１０． ［ １４］ 国家质量技术监督局 ．纺织纤维白度色度试验方法：ＧＢ／Ｔ１７６４４－１９９８［ Ｓ］．北京：中国标准出版社， １９９８． ［ １５］ 国家质量技术监督局 ．纺织品 调湿和试验用标准大气：ＧＢ／Ｔ６５２９－２００８［ Ｓ］．北京：中国标准出版社， ２００８． ［ １６］ 国家质量技术监督局 ．纺织品 织物拉伸性能 第 １ 部分 断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）：ＧＢ／Ｔ３９２３． １－ Ｓ］．北京：中国标准出版社， ２０１３． ２０１３［ ［ １７］ 国家质量技术监督局 ．纺织品 色牢度试验 耐皂洗色牢度：ＧＢ／Ｔ３９２１－２００８［ Ｓ］．北京：中国标准出版社， ２００８． ［ １８］ ＳＡＮＴＯＳＺ Ｍ， ＣＡＲＯＮＩＡＬＰＦ， ＰＥＲＥＩＲＡ Ｍ Ｒ， 犲 狋犪 犾． Ｄｅ ｔ ｅ ｒｍｉ ｎａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｄｅ ａ ｃ ｅ ｔ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｄｅｇ ｒ ｅ ｅｏ ｆｃｈ ｉ ｔ ｏ ｓ ａｎ：Ａｃ ｏｍ ｙ ｒ ｉ ｓ ｏｎｂｅ ｔｗｅ ｅｎｃ ｏｎｄｕｃ ｔ ｏｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃｔ ｉ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄＣＨＮｅ ｌ ｅｍｅｎ ｔ ａ ｌａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓ［ Ｊ］． Ｃａ ｒ ｂｏｈｙｄ ｒ ａ ｔ ｅＲｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈ， ２００９， ３４４（ １８）： ｐａ ｙ ｃ ａ ｒ ｒ ｅ ｓ． ２００９． ０８． ０３０． ２５９１ ２５９５． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ? ｊ． ［ １９］ ＬＡＮＣＩＯＴＴＩＲ， ＢＥＬＬＥＴＴＩＮ Ｎ， ＰＡＴＲＩＧＮＡＮＩＦ， 犲 狋犪 犾． Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｈｅｘａｎａ ｌ，（ Ｅ） ２ ｌ， ａｎｄｈｅｘｙ ｌａ ｃ ｅ ｔ ａ ｔ ｅ ? ?ｈｅｘｅｎａ ｔ ｏｉｍｐ ｒ ｏｖｅｔ ｈｅｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｆｆ ｒ ｅ ｓｈ ｓ ｌ ｉ ｃ ｅｄａｐｐ ｌ ｅ ｓ［ Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＡｇ ｒ ｉ ｃｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌａｎｄＦｏｏｄＣｈｅｍｉ ｓ ｔ ｒ ２００３， ５１（ １０）： ２９５８? ? ｙｏ ｙ， ２９６３． ［ ２０］ ＬＩＵ Ｘ Ｄ， ＮＩ ＳＨＩＮ， ＴＯＫＵＲＡＳ， 犲 狋犪 犾． Ｃｈ ｉ ｔ ｏ ｓ ａｎｃ ｏａ ｔ ｅｄｃ ｏ ｔ ｔ ｏｎｆ ｉ ｂｅ ｒ：Ｐｒ ｅｐａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｐｈｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌｐ ｒ ｏｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ［ Ｊ］． Ｃａ ｒ  ２００１， ４４（ ３）： ２３３ ２３８． ＤＯＩ： １０． １０１６／ｓ ０１４４ ８６１７（ ００） ００２０６ ｂｏｈｙｄ ｒ ａ ｔ ｅＰｏ ｌ ｒ ｓ， ? ? ?ｘ． ｙｍｅ ［ ２１］ 韩哲，王唤霞，金子坤，等 ．季铵盐化羧甲基壳聚糖处理对棉纤维结构和性能的影响［ Ｊ］．纺织科技进展， ２０１７（ １）： １ ? ４． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ０３５６． ２０１７． ０６． ００４． ｉ ｓ ｓｎ． １６７３ ? ｊ． ［ ２２］ ＭＯＳＥＳＪＪ， ＶＥＮＫＡＴＡＲＡＭＡＮ Ｖ Ｋ． Ｓ ｔ ｕｄｙｏ ｆＫ／Ｓ，ａｎ ｔ ｉ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ，ＵＶ?ｐ ｔ ｉ ｏｄｏ ｒａｎｄｓ ｅｍｏｎｃｈｅｍｉ  ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏｎ，ａｎ ?ｂａ ? ｃ ａ ｌｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｅｄｃ ｏ ｔ ｔ ｏｎｆ ａｂ ｒ ｉ ｃ ｓ［ Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｅｄＦ ｉ ｂｅ ｒ ｓａｎｄＦａｂ ｒ ｉ ｃ ｓ， ２０１７， １２（ ２）： ３９ ４９． ? （责任编辑：陈志贤 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：刘源岗） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１９０４０３０ ? 产碱性冷适蛋白酶菌株 犆犺狉狔狊 犲 狅犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 狊 狏 ８ 的鉴定及粗酶性质 狆．狏 何小玉１，刘承忠１，陈明霞１，李和阳２ （ １．华侨大学 化工学院，福建 厦门 ３６１０２１； ２．自然资源部第三海洋研究所，福建 厦门 ３６１００５） 摘要： 为鉴定金黄杆菌属（ 犆犺狉狔狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿）菌株 ｖｖ８ 及分 析 其 胞 外 蛋 白 酶 的 酶 学 特 性，首 先，通 过 分 子 及 生理生化特性对菌株 ｖｖ８ 进行鉴定；然后，采用明胶平板筛选法和 Ｌｏｗｒ ｙ 法对菌 株 ｖｖ８ 进 行 产 酶 筛 选 和 蛋 白 酶活性测定；最后，研究 ｐＨ 值、温度、金属离子和抑制 剂 对 该 蛋 白 酶 活 性 的 影 响 ．研 究 结 果 表 明：菌 株 ｖｖ８ 的 １６ＳｒＤＮＡ 与比目鱼黄杆菌（ 犆．狊 犮 狅狆犺 狋 犺犪 犾犿狌犿）具有 ９８． ２４％ 的 序 列 相 似 性，属 于 犆犺狉狔 狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 属；菌 株 ｖｖ８ 的最适生长条件是温度为 ２２ ℃ ， ＮａＣｌ质量浓度为 ０ｍｇ·ｍＬ－１ ， ０；菌 株 ｖｖ８ 的 胞 外 蛋 白 酶 在 ｐＨ 值 为 ６． ０～１０． ０，温度为 ０～９０ ℃ 范围内均具有酶活性，其最适酶活温度和 ｐＨ 值分 别 为 ４０ ℃ ， ８． ５；在 最 ｐＨ 值为 ５． 适条件下，蛋白酶具有较高的稳定性，在冻干过程中，添加葡萄糖具 有 明 显 的 酶 活 保 护 作 用； Ｆｅ３＋ ， Ｆｅ２＋ ， Ｃｕ２＋ 等金属离子及乙二胺四乙酸（ ＥＤＴＡ）对酶活性有明显的抑制作用，该酶对洗衣液和尿素具有较好的耐受性 ． 关键词： 冷适碱性蛋白酶；金黄杆菌属；生长特性；酶特性 中图分类号： Ｑ９３． ９ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６４６ ０７ ? ? ? 犐 犱 犲狀 狋 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅狀犪狀犱犘狉 犲 犾 犻犿犻 狀犪 狉 狋 犻 犮犘狉 狅狆犲 狉 狋 犻 犲 狊 狔犈狀狕 狔犿犪 狋 犲 犱犃犾 犽犪 犾 犻 狀犲犘狉 狅 狋 犲 犪 狊 犲犘狉 狅犱狌 犮 犻 狀犵 狅 犳犆狅 犾 犱 ?犃犱犪狆 犛 狋 狉 犪 犻 狀犆犺狉狔狊 犲 狅犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 狊 狏 ８ 狆．狏 ＨＥＸｉ ａｏｙｕ１，ＬＩＵ Ｃｈｅｎｇｚｈｏｎｇ１，ＣＨＥＮ Ｍｉ ｎｇｘ ｉ ａ１，ＬＩＨｅｙａｎｇ２ （ １．Ｃｏ ｌ ｌ ｅｇｅｏ ｆＣｈｅｍｉ ｃ ａ ｌＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ； ｙ，Ｘｉ ２． Ｔｈ ｉ ｒ ｄＩ ｎｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅｏ ｆＯｃ ｅ ａｎｏｇ ｒ ａｐｈｙ，Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｆＮａ ｔ ｕｒ ａ ｌＲｅ ｓ ｏｕｒ ｃ ｅ ｓ，Ｘｉ ａｍｅｎ３６１００５，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｙｏ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｔｏｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ 狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｓｐ．ｖｖ８ａｎｄａｎａ ｌ ｚ ｅｔ ｈｅｅｎ ｚ ｔ ｉ ｃｐ ｒ ｏｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓｏ ｆｉ ｔ ｓｅｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｌ ａ ｒｐ ｒ ｏ  ｙ犆犺狉狔 ｙ ｙｍａ ｓ ｉ ｏ ｌ ｏｇ ｉ ｃ ａ ｌａｎｄｂ ｉ ｏ ｃｈｅｍｉ ｃ ａ ｌｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ．Ｓｅ ｃ ｏｎｄ  ｈｅｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎｖｖ８ｗａ ｓｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｅｄｂｙｍｏ ｌ ｅ ｃｕ ｌ ａ ｒ，ｐｈｙ ｔ ｅ ａ ｓ ｅ，ｔ ｙｉ ｌ ｈｅｅｎ ｚ ｃ ｒ ｅ ｅｎ ｉ ｎｇａｎｄｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｆｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎｖｖ８ｗｅ ｒ ｅｄｅ ｔ ｅ ｒｍｉ ｎｅｄｂｙｇｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｎｐ ｌ ａ ｔ ｅｓ ｃ ｒ ｅ ｅｎ ｉ ｎｇ ｍｅ ｔ ｈｏｄ ｙ，ｔ ｙｍｅｓ ｙｏ ａｎｄＬｏｗｒ ｔ ｈｏｄ．Ｌａ ｓ ｔ，ｔ ｈｅｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓｏ ｆｐＨｖａ ｌ ｕｅ，ｔ ｅｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ，ｍｅ ｔ ａ ｌｉ ｏｎｓａｎｄｉ ｎｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｏ ｒ ｓｏｎｔ ｈｅｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅａ ｃ  ｙ ｍｅ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｒ ｅｓ ｔ ｕｄ ｉ ｅｄ．Ｔｈｅｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｅｄｔ ｈａ ｔｔ ｈｅ１６ＳｒＤＮＡｏ ｆｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎｖｖ８ｈａｄ９８． ２４％ ｓ ｅ ｅｓ ｉｍｉ ｌ ａ ｒ ｉ ｔ ｔ ｈ ｙ ｗｅ ｑｕｅｎｃ ｙｗｉ 犆．狊 犮 狅狆犺 狋 犺犪 犾犿狌犿 ａｎｄｗａ ｓｐｈｙ ｌ ｏｇｅｎｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｓ ｓ ｉ ｓｇｅｎｕｓ犆犺狉狔 狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿．Ｔｈｅｏｐ ｔ ｉｍｕｍｃｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ｅｃ ｏｎｄ ｉ  ｙａ ｇｎｅｄａ ｔ ｉ ｏｎｓｏ ｆｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎｗｅ ｒ ｅ２２ ℃ ，ｔ ｈｅｍａ ｓ ｓｃ ｏｎｃ ｅｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆＮａＣｌ０ｍｇ·ｍＬ－１ ａｎｄｐＨｖａ ｌ ｕｅ６． ０．Ｔｈｅｅｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｅ ｌ ｌ ｕ ｌ ａ ｒ ｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅｏ ｆｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎｖｖ８ｐ ｒ ｅ ｓ ｅｎ ｔ ｅｄｅｎ ｚ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｔｔ ｈｅｒ ａｎｇｅｏ ｆｐＨ５． ０ １０． ０ａｎｄ０ ９０ ℃ ，ｗｉ ｔ ｈｔ ｈｅｈ ｉ ｓ ｔａ ? ? ? ｐ ｙｍｅａ ｙａ ｇｈｅ 收稿日期： ２０１９ ０４ １７ ? ? 通信作者： 陈明霞（ １９８０ Ｅ ｉ ｌ： ｃｈｅｎｍｘ１２５７＠１６３． ｃ ｏｍ． ?），女，讲师，博士，主要从事海洋微生物的研究 ． ?ｍａ 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ ４１５０６１７９）；国家海洋局全球变化与海 气 相 互 作 用 专 项 资 助 项 目（ ＧＡＳ Ｉ ０３ ? ? ０１ ０３ ０１）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目（海三科 ２０１４００３）；福 建 省 自 然 科 ? ? 学基金资助项目（ ２０１５Ｊ ０１６１３）；华侨大学研究生科研创新能力培育计划资助项目（ １７０１３０８７００２） 第５期 何小玉，等：产碱性冷适蛋白酶菌株 犆犺狉狔 狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｓｐ．ｖｖ８ 的鉴定及粗酶性质 ６４７ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｔｐＨ８． ５ａｎｄ４０ ℃．Ｕｎｄｅ ｒｔ ｈｅｏｐ ｔ ｉｍａ ｌｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎｓ，ｔ ｈｅｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅｅｘｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｅｄｇｏｏｄｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｌ ｕｃ ｏ ｓ ｅ ｙａ ｙ，ａｎｄｇ ｈａｄｏｂｖ ｉ ｏｕｓｅｎ ｚ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏｎｄｕ ｒ ｉ ｎｇｌ ｉ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎ．Ｆｅ３＋ ，Ｆｅ２＋ ，Ｃｕ２＋ ａｎｄｅ ｔ ｈｙ ｌ ｅｎｅｄ ｉ ａｍｉ ｎｅ ｔ ｅ ｔ ｒ ａ ａ ｃ ｅ ｔ ｉ ｃ ｙｍｅａ ｙｐ ｙｏｐｈ ＥＤＴＡ）ｓｈｏｗｅｄｏｂｖ ｉ ｏｕｓｉ ｎｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｏ ｒ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓｏｎｅｎ ｚ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｔｔ ｈｅｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅｅｘｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｅｄｇｏｏｄｔ ｏ ｌ ｅ ｒ ａｎｃ ｅ ａ ｃ ｉ ｄ（ ｙｅ ｙｍｅａ ｙ，ｂｕ ｔ ｏｌ ａｕｎｄ ｒ ｔ ｅ ｒ ｔａｎｄｕ ｒ ｅ ａ． ｙｄｅ ｇｅｎ ｏｗｔ ｈｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ；ｅｎ 犓犲 狉 犱 狊： ｃ ｏ ｌ ｄ  ａｄａｐ ｔ ｅｄａ ｌ ｋａ ｌ ｉ ｎｅｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅ；犆犺狉狔 狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿；ｇｒ ｚ ｔ ｉ ｃｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ  ｙｍａ 狔狑狅 ｔ ｉ ｃ ｓ 蛋白酶不仅是一类能水解蛋白质肽链的催化酶，还是目前世界上产销量最大的商业酶，在不同工业 市场上的应用占所有酶类的 ４０％．微生物是蛋白酶的一个重要来源，其产生 的蛋白酶 比植物、动 物产生 的蛋白酶更容易被分离和纯化 ［１?３］．目前，微生物蛋白酶在工业上的应用主要是中温蛋白酶，因其 最适酶 活性在 ５０ ℃ 左右 ［４］，有一定的局限性，故急需开发新型蛋白酶 ．而由低温菌和耐低温菌产生的低温蛋白 酶，因其最适酶活性一般在 ４０ ℃ 以下 ［５?６］，在食品工业、化妆品行业、环境治理等行业中具有较大的应用 ［ ］ 前景 ．目前，发现可以生产低温蛋白酶的菌种大多属于假单胞菌属（ 犘狊 犲狌犱狅犿狅狀犪 狊）７?８ 、海杆菌 属（ 犕犪狉 犻  ［］ ［ ］ ［ ］ 狀狅 犫犪犮 狋 犲 狉）９ 、黄 单 胞 菌 属 （犡犪狀 狋 犺狅犿狅狀犪 狊）１０ 、黄 杆 菌 属 （犉犾 犪狏狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ）１１?１２ 等 ．金 黄 杆 菌 属 ［ ］ （ 犆犺狉狔狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿）隶属于拟杆 菌 门 （ 犅犪犮 狋 犲 狉 狅 犻犱犲 狋 犲 狊）黄 杆 菌 科 （ 犉犾 犪狏狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 犪犮 犲犪犲）１３ ． 犆犺狉狔狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻  ［ ］ 狌犿 在土壤、淡水、海洋、极地等环境均能生存 １４?１５ ， 犆犺狉狔狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 的菌株能产生较 稳定 的蛋白 酶，在 工业生产中具有较大的优势 ．本文主要对来源于北极海水的产碱性冷适蛋白酶菌株 ｖｖ８ 进行鉴定，并对 其部分酶学性质进行研究 ． １ 材料与方法 １． １ 菌株和培养基 菌株 ｖｖ８ 分离自北极海水，其采样坐标为 ５３． ３３ °Ｎ， １６９． ９６ °Ｅ．明 胶 培 养 基 的 制 作 参 考 文 献［ １６］， ２２１６Ｅ 培养基和发酵培养基的制作参考文献［ １５］． １． ２ 主要试剂和仪器 主要试剂： 犜犪狇 ＤＮＡ Ｐｏ ｌ ｒ ａ ｓ ｅ（上海生工生物工程股份 有限公司）； ＤＮＡ Ｍａ ｒｋｅ ｒ（上 海生 工生物 ｙｍｅ 工程股份有限公司）；细菌微量生化反应管（浙江省杭州天和微生物试剂有限公司）； ＤＮＡ 柱式细菌基因 组 ＤＮＡ 提取试剂盒（上海生工生物工程股份有限公司）； Ｌｏｗｒ ｙ 法蛋白质量 浓度测 定试剂盒（上 海生工 生物工程股份有限公司）；酪蛋白（美国 Ｓ ｉ ｇｍａ公司）；其他化学试剂均为国产分析纯 ． 主要仪器： ＳＰＥＣＴＲＡ ＭＡＸ１９０ 型 酶标仪（美 国 Ｍｏ ｌ ｅ ｃｕ ｌ ａ ｒＤｅｖ ｉ ｃ ｅ ｓ 公司）； Ｃｅｎ ｔ ｒ ｉ ｆ ｕｇｅ５４１７Ｒ 型 低 温高速离心机（德国 Ｅｐｐｅｎｄｏ ｒ ｆ公司）； ＦＤＵ ２１００ 型冷冻干燥 仪（上海 森超生 物科 技有限公 司）；聚合 酶 链式反应（ ＰＣＲ）仪 （美 国 ＢＩＯＲＡＤ 公 司 ）； ＪＹＳＰＤＴ 型 电 泳 槽 （大 连 竞 迈 生 物 科 技 有 限 公 司 ）；Ｇｅ ｌ ＴＭ Ｄｏｃ ＸＲ 型凝胶成像仪（美国 ＢＩＯＲＡＤ 公司）； ＳＰ  ２５０Ａ 型生化培养箱（南京实验仪器厂）． １． ３ 菌株的鉴定 １． ３． １ 菌株蛋白酶活性验证 将菌株 ｖｖ８ 接种到明胶平板上，在温度为 ２０ ℃ 的环境下，培养 ３～２０ｄ． 利用氯化汞试剂处理平板，并观察是否有水解圈产生 ［１７］． １． ３． ２ 菌株分子鉴定 采用细菌基因组 ＤＮＡ 提取试剂盒提取菌株 ｖｖ８ 基因组 ＤＮＡ．以 Ｅｕｂａ ｃ ２７Ｆ 和 ［ ］ ［ ］ Ｅｕｂａ ｃ １４９２Ｒ １８ 为引物，扩增 １６ＳｒＤＮＡ １９ ． ＰＣＲ 的产 物 琼 脂 糖 凝 胶 经 电 泳 检 测 后，由 南 京 金 斯 瑞 生 物 科技有 限 公 司 进 行 序 列 测 定，所 得 １６ＳｒＤＮＡ 序 列 通 过 ＧｅｎＢａｎｋ 数 据 库 进 行 Ｂｌ ａ ｓ ｔ 分 析，并 利 用 ＭＥＧＡ７ 软件采用最大似然法构建系统进化树，自举数据集为 １０００ 次 ． ２０］和杭 州天 和 微 生 物 试 剂 有 限 公 司 １． ３． ３ 菌株生理生化鉴定 菌株的生理生化鉴定方法 参考文 献［ 提供的细菌微量生化反应管使用方法 ． １． ４ 犖犪犆 犾质量浓度， 狏 ８ 生长的影响 狆犎 值和温度对菌株 狏 在温度为 １８ ℃ ， ０ 的条件下，测 定 不 同 ＮａＣｌ质 量 浓 度（ ０， ２０， ３０， ４０， ５０ ｍｇ· ｍＬ－１ ）对 ｐＨ 值为 ７． 菌株 ｖｖ８ 生长的影响；在温度为 １８ ℃ ， ＮａＣｌ质量浓度为 ２０ｍｇ·ｍＬ－１ 的条件下，测定不同 ｐＨ 值（ ５． ０， ６． ０， ７． ０， ８． ０， ９． ０）对菌株 ｖｖ８ 生长的影响；在 ＮａＣｌ质量浓度为 ２０ｍｇ·ｍＬ－１ ， ０ 的条件下， ｐＨ 值为 ７． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． ６４８ 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ２０１９ 年 测定不同温度（ １０， １５， ２０， ２５， ３０ ℃ ）对 菌 株 ｖｖ８ 生 长 的 影 响 ．上 述 ３ 种 情 况 下 的 测 定 方 法 均 是 将 菌 株 －１ ｖｖ８ 置于转速为 ２５０ｒ·ｍｉ ｎ 的摇 床 中 培 养，每 间 隔 ５～８ｈ 取 一 次 样，以 测 定 发 酵 液 犇６００ 值 （波 长 为 ６００ｎｍ 处的菌体的吸光度），并根据测得的数据，绘制菌株在不同培养条件下的生长曲线 ． １． ５ 蛋白酶酶学特性分析 １． ５． １ 蛋白酶活性测定 为获取菌株 ｖｖ８ 所产的蛋白 酶，将菌 株 ｖｖ８ 接种 到 ２２１６Ｅ 培养基 中，在温度 为 １８ ℃ ，转速为 ２００ｒ·ｍｉ ｎ－１ 的摇床中，培养 ４～５ｄ．在温 度 为 ４ ℃ ，摇床转速 为 ８０００ｒ·ｍｉ ｎ－１ 的条 件下，将发酵液离心 １０ ｍｉ ｎ 后，收 集 上 清 液，并 经 真 空 冷 冻 干 燥、过 夜 透 析 处 理 后，得 到 粗 酶 液 ．采 用 ［ ］ ２１ ２２ ? Ｌｏｗｒ ． ｙ 法测定菌株 ｖｖ８ 所产蛋白酶的活性 １． ５． ２ 温度、 ｐＨ 值对蛋白酶活性及稳定性的影响 温度设定范围为 ０～９０ ℃ ，其间 隔设定为 ５ ℃ ，粗 酶和底物酪蛋白（质量 浓 度为 １ ｍｇ· ｍＬ ， ０）反应 １０ ｍｉ ｎ 后，测定 其 蛋白 酶活性 ． ｐＨ＝８． ｐＨ 值 设 定 范围为 ５． ０～１０． ０，其间隔设定为 １． ０，粗酶和底物酪蛋白（质量浓度为 １ｍｇ·ｍＬ－１）在 温度为 ４０ ℃ 的 －１ 条件下，反应 １０ｍｉ ｎ 后，测定其酶活性 ． 在最佳反应温度下，将蛋白酶分 别 放 置 ４０， ９０ ｍｉ ｎ，以 验 证 最 佳 反 应 温 度 对 蛋 白 酶 稳 定 性 的 影 响 ． 在温度为 ４ ℃ 条件下，将蛋白酶在最适 ｐＨ 值 缓 冲 液 中 放 置 ５ｄ 后，测 定 其 残 余 蛋 白 酶 活 性，以 分 析 最 佳 ｐＨ 值对蛋白酶稳定性的影响 ． １． ５． ３ 蛋白酶 犓ｍ ， 狏ｍａｘ测定 在温度为 ４０ ℃ ， ５ 的 条 件 下，粗 酶 液 与 不 同 质 量 浓 度 的 酪 蛋 ｐＨ 值 为 ８． 白（ ２． ０， ２． ５， ３． ０， ３． ５， ４． ０， ４． ５， ５． ０ ｍｇ· ｍＬ－１ ）反 应 １０ ｍｉ ｎ 后，测 定 反 应 体 系 的 犇６８０ 值 （波 长 为 ６８０ ｎｍ 处的蛋白的吸光度），根据米氏方程计算酶的米氏常数 犓ｍ 和最大反应速率 狏ｍａｘ． １． ５． ４ 金属离子及抑制剂对蛋白酶活性的影响 向酶 活性测 定反应体 系 中 分 别 加 入 金 属 离 子、尿 素、 洗衣液、乙二胺四乙酸（ ＥＤＴＡ）等试剂，直至浓度 为 １ ｍｍｏ ｌ·Ｌ－１ 或 其 他 设 定 浓 度，以 未 加 试 剂 的 反 应 体系作为阴性对照，在温度为 ４０ ℃ 条件下，反应 １０ｍｉ ｎ 后，测定菌株 ｖｖ８ 所产蛋白酶的酶活性 ． １． ５． ５ 保护剂在冷冻干燥过程中对蛋白酶活性的影响 向 粗酶溶 液中 分 别 加 入 葡 萄 糖、蔗 糖、甘 氨 酸 等保护剂，使其最终质量浓度为１００ｍｇ·ｍＬ－１ ，并在温度为 －２０ ℃ 条件下，冷冻凝固后，放入冻干机冷 冻干燥 ．各冻干粉用蒸馏水调整至冻干前体积，测定其酶 活 性，以未 经冷 冻 干 燥 过 程 的 酶 活 性 为 原 始 酶 活性对照 ．在测定酶活性时，设定空白对照，以扣除各种保护剂在 Ｌｏｗｒ ｙ 法测定中的本底影响 ． ２ 实验结果与分析 ２． １ 明胶水解特性分析 犆犺狉狔狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｓｐ．ｖｖ８ 菌落及明胶水解形 态，如 图 １ 所 示 ．由 图 １（ ａ）可 知：菌 株 ｖｖ８ 培 养 １５ｄ 后的菌落形态呈浅黄色，不透明，且表 面 光滑 ．由图 １ （ ｂ）可知：用 氯 化 汞 试 剂 处 理 平 板 后，可 观 察 到 明 显 的水解透明 圈，说 明 该 菌 株 具 有 较 强 的 明 胶 水 解 能 力，产胞外蛋白酶 ． ２． ２ 犆犺狉狔狊 犲 狅犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿狊 狏 ８ 的１６犛狉犇犖犃 序列及 狆．狏 系统发育分析 菌株 ｖｖ８ 的 １６ＳｒＤＮＡ 有 效 序 列 为 １４７８ｂｐ， （ ａ）培养 １５ｄ 后的菌落形态 ＧｅｎＢａｎｋ 的 登 录 号 为 ＭＧ７２５６５６． １．菌 株 ｖｖ８ 及 相 关菌株的 １６ＳｒＤＮＡ 系统发育分 析，如 图 ２ 所 示 ．图 （ ｂ）明胶水解圈形态 图 １ 犆犺狉狔 狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｓｐ．ｖｖ８ 菌落及明胶水解形态 Ｆ ｉ １ Ｃｏ ｌ ｏｎｙ ｍｏ ｒ ｌ ｏｇｙａｎｄｇｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ． ｐｈｏ 狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｓｐ．ｖｖ８ ｈｙｄ ｒ ｏ ｌ ｓ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆ犆犺狉狔 ｙ ２ 中：括 号 内 为 菌 株 的 １６ＳｒＤＮＡ 序 列 在 ＧｅｎＢａｎｋ 中的登录号；分支上的数字为 ｂｏｏ ｔ ｓ ｔ ｒ ａｐ 值；标尺的数 值为 进化距 离 ．由 图 ２ 可 知：通 过 １６ＳｒＤＮＡ 序 列 对比，菌株 ｖｖ８ 与 比 目 鱼 黄 杆 菌 （ 犆．狊 犮 狅狆犺 狋 犺犪 犾犿狌犿 ）具 有 ９８． ２４％ 的 序 列 相 似 性，属 于 同 一 种 属 范 围 ［２３?２５］；通过系统发育分析，菌株 ｖｖ８ 与 犆．狊 犮 狅狆犺 狋 犺犪 犾犿狌犿 亲缘关系最近，处于同一个进化分支上 ． ２． ３ 犆犺狉狔狊 犲 狅犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 狊 狏 ８ 的生理生化特征分析 狆．狏 菌株 ｖｖ８ 具体的生理生化特征，如表 １ 所示 ．表 １ 中：“＋ ”代 表 具 有 水 解 特 性／阳 性；“－ ”代 表 不 具 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 何小玉，等：产碱性冷适蛋白酶菌株 犆犺狉狔 狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｓｐ．ｖｖ８ 的鉴定及粗酶性质 ６４９ 图 ２ 菌株 ｖｖ８ 及相关菌株的 １６ＳｒＤＮＡ 系统发育分析 Ｆ ｉ ２ １６ＳｒＤＮＡ ｐｈｙ ｌ ｏｇｅｎｅ ｔ ｉ ｃａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓｏ ｆｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎｖｖ８ａｎｄｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅｄｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎｓ ｇ． ｙ 有水解特性／阴性 ．由表 １ 可知：菌株 ｖｖ８ 可以利用葡萄糖、果 糖、半 乳 糖、麦 芽 糖、甘 露 糖 作 为 唯 一 碳 源 进行生长，但不具有水解乳糖、蔗糖、木糖的能力 ．此外，菌株 ｖｖ８ 不 具 备 硝 酸 盐 还 原 能 力，其 氧 化 酶、明 ［ ］ 胶酶、尿酶呈阳性， ＤＮＡ 酶呈阴性，这与 犆．狊 犮 狅狆犺 狋 犺犪 犾犿狌犿 具有相似的生理生化特性 ２６ ． 表 １ 犆犺狉狔 狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｓｐ．ｖｖ８ 的生理生化特征 Ｔａｂ． １ Ｐｈｙ ｓ ｉ ｏ ｌ ｏｇ ｉ ｃ ａ ｌａｎｄｂ ｉ ｏ ｃｈｅｍｉ ｃ ａ ｌｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓｏ ｆ犆犺狉狔 狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｓｐ．ｖｖ８ 特征 阳／阴性 特征 阳／阴性 特征 阳／阴性 特征 阳／阴性 特征 阳／阴性 特征 阳／阴性 乳糖 － 还原硝酸盐 － 甘露醇 － 半乳糖 ＋ 七叶苷 ＋ 麦芽糖 ＋ 蔗糖 － 亚硝酸盐产气 － 乙酰胺 － 果糖 ＋ 尿酶 ＋ 木糖 － 海藻糖 － 硝酸盐产气 － 葡萄糖 ＋ ＤＮａ ｓ ｅ － 甘露糖 ＋ － Ｈ２Ｓ 产生 氧化酶 － 侧金盏花醇 ＋ 明胶酶 ＋ 鼠李糖 － ２． ４ 犆犺狉狔 狊 犲 狅犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 狊 狏 ８ 的生长特性分析 狆．狏 不同因素对 犆犺狉狔狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｓｐ．ｖｖ８ 生长的影响，如图 ３ 所 示 ．图 ３ 中： ＮａＣｌ）为 ＮａＣｌ的 质 量 ρ（ 浓度； 狋 为时间 ． θ 为温度； 由图 ３（ ａ）可知：在ρ（ ＮａＣｌ）为 ０～３０ｍｇ·ｍＬ－１ 范围内，菌株 ｖｖ８ 可以良好地生长；当ρ（ ＮａＣｌ）为 ０ ｍｇ·ｍＬ－１ 时，菌 株 ｖｖ８ 生 长 最 快，且 该 条 件 下 的 稳 定 期（ 狋为 ４０～５０ｈ）的菌体数量较多，但稳定期相 对 较短；当ρ（ ＮａＣｌ）≥ ４０ｍｇ·ｍＬ－１ 时，菌株 ｖｖ８ 生 长 非 常 缓 慢，说 明 菌 株 ｖｖ８ 更 适 合在低盐质浓度下生长 ． 由图 ３（ ｂ）可 知：在 ｐＨ 值 为 ５． ０～８． ０ 范 围 内，菌 株 ｖｖ８ 生长良好；当 ｐＨ 值为 ６． ０ 左右时，菌株 ｖｖ８ 生长状态最佳；当 ０ 时，菌株 ｖｖ８ 生长较为 缓 慢，出 现 生 长 延 滞 现 象， ｐＨ 值为 ９． 说明菌株 ｖｖ８ 更适合在偏酸性条件下生长 ． （ ａ）ρ（ ＮａＣｌ） 由图 ３（ ｃ）可 知：在 温 度 为 ２０～３０ ℃ 范 围 内，菌 株 ｖｖ８ 生 （ ｂ）ｐＨ 值 （ ｃ）温度 图 ３ 不同因素对 犆犺狉狔 狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｓｐ．ｖｖ８ 生长的影响 Ｆ ｉ ３ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓｏ ｆｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓｏｎｇ ｒ ｏｗｔ ｈｏ ｆ犆犺狉狔 狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｓｐ． ｖｖ８ ｇ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６５０ ２０１９ 年 长良好；而在温度为 １０～１５ ℃ 范围内，菌株 ｖｖ８ 生长较差，但生长周期长，说明该菌属于冷适菌 ． ２． ５ 蛋白酶的最适反应温度及温度稳定性分析 温度对菌株 ｖｖ８ 所产蛋白酶活性的影响，如图 ４ 所 示 ． 图 ４ 中： ρ（酪氨酸）为酪氨酸的质量浓度 ．由图 ４ 可知：菌 株 ｖｖ８ 所产蛋白酶的酶 活 性 温 度 范 围 广，在 温 度 为 ０～８７ ℃ 均具有一定活性，而在温度为 ４０ ℃ 时，酶活性最高；在温度 为 ４０ ℃ 时，将粗酶溶液 与 酪 蛋 白 溶 液 （ ０）反 应 ｐＨ 值 为 ８． －１ １０ｍｉ ｎ 后， ρ（酪氨酸）可达 １４０μｇ·ｍＬ 左右 ． 为验 证 菌 株 ｖｖ８ 所 产 蛋 白 酶 的 温 度 稳 定 性，在 温 度 为 ４０ ℃ 条件 下，将 粗 酶 溶 液 放 置 ４０ ｍｉ ｎ 后，有 ８６． ０９％ 的 残 余酶活性，而放置 １． ５ｈ 后，粗 酶 溶 液 仍 有 ７４． ２１％ 的 残 余 Ｆ ｉ ４ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔｏ ｆｔ ｅｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅｏｎ ｇ． 酶活性，这与文 献 ［ ２７  ３０］报 道 的 蛋 白 酶 相 比，菌 株 ｖｖ８ 所 ｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｐ ｙ 图 ４ 温度对蛋白酶活性的影响 产蛋白酶在最适酶活性温度下，具有较高的稳定性 ．通常把最适酶活性温度在３５ ℃ 以下，且在低温下仍 具一定催化效能的酶称为低温酶 ［２７］．菌株 ｖｖ８ 所产蛋白酶的冷适性较好，属于冷适酶 ． ２． ６ 蛋白酶的最适 狆犎 值及 狆犎 值稳定性分析 ｐＨ 值对菌株 ｖｖ８ 所产蛋白酶活性 的 影 响，如 图 ５ 所 示 ．由 图 ５ 可 知：蛋 白 酶 酶 活 性 的 ｐＨ 值 范 围 广，在 ｐＨ 值为 ６． ５， １０． ０ 时，蛋白酶仍 具有 一 定酶活 性；蛋 白酶酶 活 性 最 适 ｐＨ 值 为 ８． ５ 左 右，属 于 碱 性 蛋 白 酶；在 ５ 条件下，将粗酶溶液与酪蛋 白溶 液（温度 为 ４０ ｐＨ 值为 ８． －１ ｎ 后， ℃ ）反应 １０ｍｉ ρ（酪氨酸）可达 １０８μｇ·ｍＬ 左右 ． 为了验证菌株 ｖｖ８ 所 产 蛋 白 酶 ｐＨ 值 稳 定 性，在 温 度 为４ ℃， ５ 的条件下，将粗 酶溶 液 放 置 ５ｄ，所 测 ｐＨ 值为 ８． 得的酶活性无损失，这 表 明 菌 株 ｖｖ８ 所 产 蛋 白 酶 具 有 较 高 的稳定性 ． ２． ７ 蛋白酶动力学常数分析 图 ５ ｐＨ 值对蛋白酶活性的影响 在波长为 ６８０ｎｍ 处，蛋白吸光度标准曲线回归方程为 Ｆｉｇ． ５ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔｏ ｆｐＨｖａ ｌ ｕｅｏｎｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ２ ， 根 据 米 氏 方 程 计 ０６７２３＋０． ００１０３狓 犚 ＝０． ９９５０． 狔＝０． 算，可得 犓ｍ ＝３． ６２２ｍｇ·ｍＬ－１ ， 狏ｍａｘ＝３． ４５２ｍｇ·（ ｍＬ·ｍｉ ｎ）－１ ． ２． ８ 金属离子及抑制剂对酶活性的影响分析 各种金属离子及抑制剂对蛋白酶活性的影响，如表 ２ 所示 ．表 ２ 中：  为相 对酶活 性；除 市售 洗衣液 ２＋ 的浓度稀释 １０００ 倍外，其余试剂的最终浓度均为 １ｍｍｏ ， ｌ·Ｌ－１ ．由表 ２ 可知：Ｍｎ２＋ ， Ｚｎ２＋ ， Ｎｉ Ｃｏ２＋ ， Ｓｒ２＋ ，Ｍｇ２＋ 最终浓度为 １ｍｍｏ ｌ·Ｌ－１ 时，其对蛋白酶活性无 明显影 响； Ｆｅ３＋ ， Ｆｅ２＋ ， Ｃｕ２＋ ， ＥＤＴＡ 最终浓 －１ －１ 度为 １ｍｍｏ ｌ·Ｌ 时，其对蛋白酶活性有较强的抑制作用；尿素 最终浓 度为 １ ｍｍｏ ｌ·Ｌ 时，对 蛋白酶 活性几乎没有影响；在稀释 １０００ 倍后的市售洗衣液中，蛋白酶仍然具有较高的酶活性 ． 表 ２ 金属离子及抑制剂对蛋白酶活性的影响 Ｔａｂ． ２ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔｏ ｆｍｅ ｔ ａ ｌｉ ｏｎｓａｎｄｉ ｎｈ ｉ ｂ ｉ ｔ ｏ ｒ ｓｏｎｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ 试剂 ＺｎＳＯ４ ／％ ９５． ２０±１． ００ ＦｅＣｌ ３ １０． ４５±０． ００ ＣｕＳＯ４ ５４． ０５±１． ８０ ＳｒＣｌ ２ １０１． ６９±０． ４０ 市售洗衣液 ７８． ５９±３． ５４ 试剂 ＭｇＳＯ４ ／％ １０５． ０８±１． ２０ 试剂 ＳＯ４ ） Ｆｅ２ （ ３ ／％ １２． １５±０． ８０ ＭｎＣｌ ２ １０７． ３４±１． ２０ ＦｅＳＯ４ ２７． １２±０． ２０ Ｎｉ Ｃｌ ２ 尿素 １０１． ６９±０． ８０ ＣｏＣｌ ２ １０５． ３７±０． ４１ １０２． ２６±０． ４０ ＥＤＴＡ ２９． ２９±０． ８０ ２． ９ 保护剂对蛋白酶活性的影响分析 不同保护剂对蛋白酶活性的影响，如表 ３ 所示 ．表 ３ 中： 犚 为残余酶活性 ．加入保护剂的各粗 酶溶液 的质量浓度均为 １００ｍｇ·ｍＬ－１ ．由表 ３ 可 知：将 粗 酶 液 不 加 任 何 保 护 剂 直 接 冻 干 处 理 后，酶 活 性 剩 余 ７３． １６％ 左右，酶活性损失较大；将甘 露 醇、甘 油、甘 氨 酸 加 入 粗 酶 液 进 行 冻 干 处 理 后，酶 活 性 损 失 约 为 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 何小玉，等：产碱性冷适蛋白酶菌株 犆犺狉狔 狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｓｐ．ｖｖ８ 的鉴定及粗酶性质 ６５１ ５０． ００％ ；加入二甲基亚砜（ ＤＭＳＯ）后，酶活性剩余 ５． ００％ 左右，几乎完全丧失酶活性；蔗糖对蛋白酶的 活性影响不大，冻干后，酶活性保持 ７６． ３２％ 左 右；在 添 加 葡 萄 糖 的 粗 酶 溶 液 中，酶 活 性 没 有 损 失，这 说 明葡萄糖在冻干过程中对蛋白酶有明显的保护作用 ． 表 ３ 各种保护剂对蛋白酶活性的影响 Ｔａｂ． ３ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔｏ ｆｖａ ｒ ｉ ｏｕｓｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅａｇｅｎ ｔ ｓｏｎｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ 保护剂 犚／％ 保护剂 犚／％ 保护剂 犚／％ 保护剂 犚／％ 空白处理 ７３． １６±３． ７２ 甘露醇 ４８． ４２±４． ０９ 蔗糖 ７６． ３２±１． ８６ 葡萄糖 １０８． ９５±０． ７４ 甘油 ４５． ２６±２． ９８ 甘氨酸 ４９． ３２±５． ５８ ＤＭＳＯ ５． ００±１． １２ ３ 结论 通过对产蛋白酶菌株 ｖｖ８ 进行分子及生理生化鉴定，并对其胞外蛋白酶部分酶学性质进行研究，得 出以下 ４ 点结论 ． １）菌株 ｖｖ８ 属于 犆犺狉狔狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 属，其 与 犆．狊 犮 狅狆犺 狋 犺犪 犾犿狌犿 具 有 ９８． ２４％ 的 序 列 相 似 性 ．该 菌 －１ 株最适生长条件为温度为 ２２ ℃ ， ＮａＣｌ）为 ０ｍｇ·ｍＬ ， ０． ｐＨ 值为 ６． ρ（ ２）菌株 ｖｖ８ 所产蛋白酶的最佳反应温度和最适酶活性 ｐＨ 值分别为 ４０ ℃ ， ８． ５，且在 低温条件下， 蛋白酶活性较高，属于冷适碱性蛋白酶 ． ３）菌株 ｖｖ８ 所产蛋白酶在最适酶活性条件下，具 有 较 好 的 稳 定 性 ．在 温 度 ４０ ℃ 条 件 下，将 粗 酶 溶 液分别放置 ４０ｍｉ ｎ， １． ５ｈ 后，其溶液中分别仍有 ８６． ０９％ ， ７４． ２１％ 的残余酶活性 ． ５９％ 左右 的酶活性，且 ４）菌株 ｖｖ８ 所产冷适碱性蛋白酶在稀释 １０００ 倍的洗衣液中，仍然具有 ７８． 稳定性较好，其作为去污剂酶类具有很大的潜能 ． 参考文献： ［ １］ 刘金龙 ．鱼蛋白多肽的制备及其在农业生产中的应用［ Ｄ］．泰安：山东农业大学， ２０１７． ［ ２］ 谢薇，顾龙龙，单妍 ．一株产耐盐碱 性 蛋 白 酶 菌 株 的 分 离 鉴 定 及 最 佳 生 产 条 件 研 究 ［ Ｊ］．包 头 医 学 院 学 报， ２０１８， ３４ （ ｃｎｋ ｉ． ｂｍｃ． ２０１８． ０７． ０４１． ７）： ９５ ９８． ＤＯＩ： １０． １６８３３／ ? ｊ． ｊ ［ ３］ 徐晓梅 ．生活污水净化耐冷菌株的分离及降解活性测定［ Ｄ］．武汉：武汉理工大学， ２０１７． ［ ４］ 姜春宇，张?，孙燕飞，等 ．产低 温 蛋 白 酶 酵 母 菌 株 的 筛 选 及 发 酵 培 养 基 优 化 ［ Ｊ］．中 国 酿 造， ２０１８， ３７（ １１）： ５１?５６． １０． １１８８２／ ｉ ｓ ｓｎ． ０２５４ ５０７１． ２０１８． １１． ０１０． ＤＯＩ： ? ｊ． ［ ５］ 王继莲，李明源，任羽 ．布伦口湖群 湿 地 产 蛋 白 酶 耐 低 温 菌 株 的 筛 选 及 初 步 鉴 定 ［ Ｊ］．西 南 农 业 学 报， ２０１７， ３０（ ６）： １３３０ １３３４． ＤＯＩ： １０． １６２１３／ ｃｎｋ ｉ． ｓ ｃ ａ ｓ． ２０１７． ６． ０１６． ? ｊ． ｊ ［ ６］ ＦＵＲＨＡＮＪ， ＡＷＡＳＴＨＩＰ， ＳＨＡＲＭＡＳ． Ｂ ｉ ｏ ｃｈｅｍｉ ｃ ａ ｌｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｈｏｍｏ ｌ ｏｇｙ ｍｏｄｅ ｌ ｌ ｉ ｎｇｏ ｆｃ ｏ ｌ ｄ ａ ｃ ｔ ｉ ｖｅａ ｌ ｋｏ  ? ｉ ｌ ｉ ｃｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅｆ ｒ ｏｍｎｏ ｒ ｔ ｈｗｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｈｉｍａ ｌ ａｙａ ｓａｎｄｉ ｔ ｓａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎｄｅ ｔ ｅ ｒ ｔｉ ｎｄｕｓ ｔ ｒ Ｊ］． Ｂ ｉ ｏ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｓ ｉ ｓａｎｄＡｇ ｒ ｉ ｃｕ ｌ  ｐｈ ｇｅｎ ｙ［ ｙ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＢ ｉ ｏ ｔ ｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， ２０１９， １７： ７２６ ７３５． ＤＯＩ： ｏ ｒ １０１６／ ｂｃ ａｂ． ２０１９． ０１． ０２８． ? ｇ／１０． ｊ． ［ ７］ Ｓ ＩＮＧＨ Ｓ Ｋ， Ｓ ＩＮＧＨ Ｓ Ｋ，ＴＲＩＰＡＴＨＩＶ Ｒ， 犲 狋犪 犾．Ａ ｎｏｖｅ ｌｐｓｙ ｃｈｒ ｏ ｔ ｒ ｏｐｈ ｉ ｃ，ｓ ｏ ｌ ｖｅｎ ｔｔ ｏ ｌ ｅ ｒ ａｎ ｔ犘狊 犲狌犱狅犿狅狀犪 狊狆狌 狋 犻犱犪 ＳＫＧ? １ａｎｄｓ ｏ ｌ ｖｅｎ ｔｓ ｔ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆｉ ｔ ｓｐｓｙ ｃｈｒ ｏ ｔ ｈｅ ｒｍｏａ ｌ ｋａ ｌ ｉ ｓ ｔ ａｂ ｌ ｅｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅ［ Ｊ］． Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓＢ ｉ ｏ ｃｈｅｍｉ ｓ ｔ ｒ ２０１１， ４６（ ７）： １４３０ ? ? ｙｏ ｙ， ｒ ｏ ｃｂ ｉ ｏ． ２０１１． ０３． ０１２． １４３５． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｊ． ｐ ［ ８］ 李桂英，廖祥 儒，蔡 宇 杰 ．微 生 物 转 化 浮 萍 资 源 生 产 蛋 白 酶 的 条 件 ［ Ｊ］．生 物 资 源， ２０１８， ４０（ １）： ６４?６９． ＤＯＩ： １０． １４１８８／ ａ ｓｈ． ２０１８． ０１． ０１２． ｊ． ｊ ［ ９］ 林念炜，张锐，赵晶，等 ．南极产低温蛋白酶菌株 犕犪狉 犻 狀狅 犫犪犮 狋 犲 狉ｓｐ．Ｒ２ 的发 酵 条 件 及 酶 学 性 质 研 究［ Ｊ］．厦 门 大 学 学 报（自然科学版）， ２００４， ４３（ ６）： ８６５ ８６９． ＤＯＩ： １０． １１６１／０１． ＡＴＶ． ００００１１６８６５． ９８０６７． ３１． ? ［ １０］ ＭＡＲＧＥＳ ＩＮ Ｒ， ＳＣＨＩＮＮＥＲＦ． Ｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆａｍｅ ｔ ａ ｌ ｌ ｏｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅｆ ｒ ｏｍ ｐｓｙ ｃｈｒ ｏｐｈ ｉ ｌ ｉ ｃ犡犪狀 狋 犺狅犿狅狀犪 狊犿犪 犾 狋 狅狆犺 犻 犾 犻 犪 ［ Ｊ］． ＦｅｍｓＭｉ ｃ ｒ ｏｂ ｉ ｏ ｌ ｏｇｙＬｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｓ， １９９１， ７９（ ２３）： ２５７ ２６２． ＤＯＩ： １０． １１１１／ １５７４ ６９６８． １９９１． ｔ ｂ０４５３８． ｘ． ? ? ｊ． ［ １１］ ＫＩＭ Ｅ Ｈ， ＣＨＯ Ｋ Ｈ， ＬＥＥ Ｙ Ｍ， 犲 狋犪 犾． Ｄｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｆｃ ｏ ｌ ｄ ａ ｃ ｔ ｉ ｖｅｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ａ ｓ ｅ ｒ ｏｄｕｃ ｉ ｎｇｂａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａｆ ｒ ｏｍａ ｒ ｃ ｔ ｉ ｃｔ ｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ ? ?ｐ ｙｏ ａｎｄｍａ ｒ ｉ ｎｅｅｎｖ ｉ ｒ ｏｎｍｅｎ ｔ ｓｒ ｅ ｖｅ ａ ｌ ｅｄｂｙｅｎ ｒ ｉ ｃｈｍｅｎ ｔｃｕ ｌ ｔ ｕ ｒ ｅ［ Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＭｉ ｃ ｒ ｏｂ ｉ ｏ ｌ ｏｇｙ， ２０１０， ４８（ ４）： ４２６ ＤＯＩ： ?４３２． １０． １００７／ｓ １２２７５ ０１０ ００１５ ｚ． ? ? ? ［ １２］ 叶思帆，赵媛 ．微生物源碱性蛋白酶的生产及其应用［ Ｊ］．青海科技， ２０１８， ２５（ ２）： ７５ ７８． ? ［ １３］ ＶＡＮＤＡＭＭＥＰ， ＢＥＲＮＡＲＤＥＴＪＦ， ＳＥＧＥＲＳＰ， 犲 狋犪 犾．Ｎｏ ｔ ｅ ｓ：Ｎｅｗ ｐｅ ｒ ｓｐｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅ ｓｉ ｎｔ ｈｅｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｔ ｈｅ犉犾 犪 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６５２ ２０１９ 年 ｖｏ ｂａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ：Ｄｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆ犆犺狉狔 狊 犲 狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿 ｇｅｎ． ｎｏｖ．犅犲 狉犵犲狔犲 犾 犾 犪ｇｅｎ． ｎｏｖ．ａｎｄ犈犿狆犲犱狅 犫犪犮 狋 犲 狉ｎｏｍ． ｒ ｅ ｖ．［ Ｊ］． Ｉ ｎ  ｐ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＳｙ ｓ ｔ ｅｍａ ｔ ｉ ｃＢａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｌ ｏｇｙ， １９９４， ４４（ ４）： ８２７ ８３１． ＤＯＩ： １０． １０９９／００２０７７１３ ４４ ４ ８２７． ? ? ? ? ［ １４］ 刘静，闵航，章骥，等 ．一 株 产 低 温 蛋 白 酶 菌 株 的 筛 选 鉴 定 及 纯 酶 研 究 ［ Ｊ］．浙 江 大 学 学 报 （农 业 与 生 命 科 学 版 ）， ２００６， ３２（ ３）： ２５１ ２５６． ＤＯＩ： １０． ３３２１／ １００８ ９２０９． ２００６． ０３． ００４． ｉ ｓ ｓｎ： ? ? ｊ． ［ １５］ 陈明霞，李和阳，陈 维 维，等 ． ６８ 株 北 极 产 蛋 白 酶 菌 株 的 筛 选、鉴 定 以 及 部 分 酶 学 性 质 ［ Ｊ］．微 生 物 学 报， ２０１３， ５３ （ ７）： ７０２ ７０９． ＤＯＩ： １０． １３３４３／ ｃｎｋ ｉ． ｗｓｘｂ． ２０１３． ０７． ００６． ? ｊ． ［ １６］ 陈天寿 ．微生物培养基的制造与应用［Ｍ］．北京：中国农业出版社， １９９５． ［ １７］ 晏爱芬，余丽 ． １株蛋 白酶 产生菌的分离及生理特征研究［ Ｊ］．安 徽 农 业 科 学， ２０１１， ３９（ ７）： ３７９３?３７９５． ＤＯＩ： １０． ｃｎｋ ｉ． ０５１７ ６６１１． ２０１１． ０７． ０３９． １３９８９／ ? ｊ． ［ １８］ ＤＥＬＯＮＧＥＦ． Ａｒ ｃｈａ ｅ ａｉ ｎｃ ｏａ ｓ ｔ ａ ｌｍａ ｒ ｉ ｎｅｅｎｖ ｉ ｒ ｏｎｍｅｎ ｔ ｓ［ Ｊ］． Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｅｄ ｉ ｎｇｓｏ ｆｔ ｈｅＮａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＡｃ ａｄｅｍｙｏ ｆＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ ｓｏ ｆｔ ｈｅ １９９２， ８９（ １２）： ５６８５ ５６８９． ＤＯＩ： １０． １１１１／ １７５３ ４８８７． １９８１． ｔ ｂ０６７５２． ｘ． Ｕｎ ｉ ｔ ｅｄＳ ｔ ａ ｔ ｅ ｓｏ ｆＡｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ， ? ? ｊ． ［ １９］ 陈亮，陈明霞，李和阳 ．一株产脂肪酶芽胞杆菌菌株 ＳＪＸＹＺ 的鉴定［ Ｊ］．安 徽 农 业 科 学， ２０１８， ４６（ ８）： １０８ １０９． ＤＯＩ： ? １０． １３９８９／ ｃｎｋ ｉ． ０５１７ ６６１１． ２０１８． ０８． ０３１． ? ｊ． ［ ２０］ 东秀珠，蔡妙英 ．常见细菌系统鉴定手册［Ｍ］．北京：科学出版社， ２００１． ［ ２１］ 梅源，唐佳颖，何惠容，等 ．霉豆瓣中优势微生物蛋白酶活性测定［ Ｊ］．食品与 发 酵 工 业， ２０１７（ ９）： １３４ １４０． ＤＯＩ： １０． ? １３９９５／ ｃｎｋ ｉ． １１ １８０２／ ｔ ｓ． ０１４５１２． ? ｊ． ［ ２２］ 王耿，方柏山，张婷婷，等 ．一株碱性脱毛蛋白酶产生 菌 的 筛 选 及 系 统 发 育 分 析 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版）， ２００９， ３０（ ３）： ２９７ ３０１． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２００９． ０３． ０２９７． ? ? ［ ２３］ ＷＥＩ ＳＢＵＲＧ Ｗ Ｇ， ＢＡＲＮＳＳ Ｍ， ＰＥＬＬＥＴＩＥＲ Ｄ Ａ， 犲 狋犪 犾． １６Ｓｒ ｉ ｂｏ ｓ ｏｍａ ｌＤＮＡａｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｆ ｏ ｒｐｈｙ ｌ ｏｇｅｎｅ ｔ ｉ ｃｓ ｔ ｕｄｙ ［ Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＢａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｌ ｏｇｙ， １９９１， １７３（ ２）： ６９７ ７０３． ＤＯＩ： １０． １１２８／ ｂ． １７３． ２． ６９７ ７０３． １９９１． ? ? ｊ ［ ２４］ ＤＲＡＮＣＯＵＲＴ Ｍ， ＢＥＲＧＥＲＰ， ＲＡＯＵＬＴ Ｄ． Ｓｙ ｓ ｔ ｅｍａ ｔ ｉ ｃ１６ＳｒＲＮＡ ｇｅｎｅｓ ｅ ｉ ｎｇｏ ｆａｔ ｉ ｃ ａ ｌｃ ｌ ｉ ｎ ｉ ｃ ａ ｌｉ ｓ ｏ ｌ ａ ｔ ｅ ｓｉ  ｑｕｅｎｃ ｙｐ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｅｄ２７ｎｅｗｂａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌｓｐｅ ｃ ｉ ｅ ｓａ ｓ ｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｔ ｅｄｗｉ ｔ ｈｈｕｍａｎｓ ［ Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＣｌ ｉ ｎ ｉ ｃ ａ ｌＭｉ ｃ ｒ ｏｂ ｉ ｏ ｌ ｏｇｙ， ２００４， ４２（ ５）： ２１９７ ? ２２０２． ＤＯＩ： １０． １１２８／ＪＣＭ． ４２． ５． ２１９７ ２２０２． ２００４． ? ［ ２５］ 李晓亮，蔡明明，李阳，等 ．第六次北极科学考察海洋沉积物可培养细菌的多样 性 分 析［ Ｊ］．微 生 物 学 通 报， ２０１６， ４３ （ ５）： ９７４ ９８３． ＤＯＩ： １０． １３３４４／ ｍｉ ｃ ｒ ｏｂ ｉ ｏ ｌ． ｃｈ ｉ ｎａ． １５０８７５． ? ｊ． ［ ２６］ ＭＵＤＡＲＲＩ Ｓ Ｍ，ＡＵＳＴＩＮ Ｂ， ＳＥＧＥＲＳ Ｐ， 犲 狋犪 犾． 犉犾 犪狏狅 犫犪犮 狋 犲 狉 犻 狌犿狊 犮 狅狆犺 狋 犺犪 犾犿狌犿 ｓｐ ｎｏｖ．，ａ ｐａ ｔ ｈｏｇｅｎｏ ｆｔ ｕ ｒ ｂｏ ｔ （ 犛犮 狅狆犺 狋 犺犪 犾犿狌 狊犿犪狓犻犿狌 狊 Ｌ）［ Ｊ］． Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＳｙ ｓ ｔ ｅｍａ ｔ ｉ ｃＢａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｌ ｏｇｙ， １９９４， ４４（ ３）： ４４７ ４５３． ? ［ ２７］ 徐晓梅，薛双红，袁俊超，等 ． ２ 株产低温蛋白酶耐冷菌株的筛选及酶学性质［ Ｊ］．江 苏 农 业 科 学， ２０１７， ４５（ １０）： ２０９ ? ２１３． ＤＯＩ： １０． １５８８９／ １３０２． ２０１７． １０． ０５８． ｉ ｓ ｓｎ． １００２ ? ｊ． ［ ２８］ 刘静，闵航，章骥，等 ．一 株 产 低 温 蛋 白 酶 菌 株 的 筛 选 鉴 定 及 纯 酶 研 究 ［ Ｊ］．浙 江 大 学 学 报 （农 业 与 生 命 科 学 版 ）， ２００６， ３２（ ３）： ２５１ ２５６． ＤＯＩ： １０． ３３２１／ ｉ ｓ ｓｎ． １００８ ９２０９． ２００６． ０３． ００４． ? ? ｊ． ［ ２９］ 徐国英，林学政，王能飞，等 ．产低温蛋白酶极地菌株的筛选及 犘狊 犲狌犱狅犪 犾 狋 犲 狉 狅犿狅狀犪 狊ｓｐ． ＱＩ １ 产蛋白酶粗酶性 质［ Ｊ］． ? 生物加工过程， ｉ ｓ ｓｎ． １６７２ ２０１０， ８（ ２）： ５５ ６０． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ３６７８． ２０１０． ０２． ０１１． ? ? ｊ． ［ ３０］ 莫清珊，张会图，田耀，等 ．低温蛋白酶产生菌的筛 选 及 其 酶 学 性 质 的 初 步 研 究 ［ Ｊ］．天 津 科 技 大 学 学 报， ２０１５（ ３）： １９ ２３． ＤＯＩ： １０． １３３６４／ ｉ ｓ ｓｎ． １６７２ ６５１０． ２０１４００７７． ? ? ｊ． （责任编辑：钱筠 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：刘源岗） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１９０３０３２ ? 微通道太阳能平板集热器的 集热性能试验 常晓琪，杜震宇 （太原理工大学 环境科学与工程学院，山西 太原 ０３００２４） 摘要： 为进一步提高传统太阳能平板集热器的集热性能，对 一 种 自 主 设 计 的 新 型 微 通 道 太 阳 能 平 板 集 热 器 进行探究 ．通过采用矩形微通道吸热板结构，减小传统流 道 的 截 面 面 积 及 增 加 吸 热 板 与 循 环 工 质 的 热 传 导 面 积，使流体吸收热能的时间延长，并提高总的传热量 ．同 时，对 该 集 热 器 在 山 西 省 某 农 村 住 宅 供 暖 系 统 进 行 试 验测试 ．试验结果表明：在冬季晴朗天气的典型工况下，微通道太阳能平板集 热 器 日 平 均 集 热 效 率 为 ６３． ６％ ， 最高集热效率可达 ８０． ４％ ，系统平均能效比为 １６． １，单块集热板平均热损失为 ２３３． ３ Ｗ，且集中在顶部；下 进 上出流动形式的瞬时效率较高，热损失较小 ． 关键词： 太阳能平板集热器；微通道；集热效率；热损失；能效比 中图分类号： ＴＫ５１１． ２ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６５３ ０８ ? ? ? 犈狓狆犲 狉 犻犿犲狀 狋狅狀犎犲 犪 狋犆狅 犾 犾 犲 犮 狋 犻 狀犵犘犲 狉 犳 狅 狉犿犪狀犮 犲狅 犳 犕犻 狀 犻 犾犉 犾 犪 狋 犾 犪 狋 犲犛狅 犾 犪 狉犆狅 犾 犾 犲 犮 狋 狅 狉 ?犆犺犪狀狀犲 ?犘 ＣＨＡＮＧ Ｘｉ ａｏｑ ｉ，ＤＵ Ｚｈｅｎｙｕ （ Ｃｏ ｌ ｌ ｅｇｅｏ ｆＥｎｖ ｉ ｒ ｏｎｍｅｎ ｔ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅａｎｄＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｔａ ｉ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｆＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ，Ｔａ ｉ ｉ ｎａ） ｙｕａｎＵｎ ｙｏ ｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｉ ｎｏ ｒ ｄｅ ｒｔ ｏｆ ｕ ｒ ｔ ｈｅ ｒｉｍｐ ｒ ｏｖｅｔ ｈｅｈｅ ａ ｔｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎｇｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅｏ ｆｔ ｒ ａｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎａ ｌｓ ｏ ｌ ａ ｒｐａｎｅ ｌｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ，ａ ｎｅｗｔ ｆｓ ｅ ｌ ｆ  ｄｅ ｓ ｉ ｎ ｉ  ｃｈａｎｎｅ ｌｆ ｌ ａ ｔ ｐ ｌ ａ ｔ ｅｓ ｏ ｌ ａ ｒｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒｉ ｓｓ ｔ ｕｄ ｉ ｅｄｉ ｎｔ ｈ ｉ ｓｐａｐｅ ｒ．Ｂｙａｄｏｐ ｔ ｉ ｎｇｒ ｅ ｃ ｔ ａｎｇｕ  ｙｐｅｏ ｇｎｅｄｍｉ ｅｄｕｃ ｉ ｎｇｔ ｈｅｃ ｒ ｏ ｓ ｓｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏｎａ ｒ ｅ ａｏ ｆｔ ｒ ａｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎａ ｌｒ ｕｎｎｅ ｒａｎｄｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎｇｔ ｈｅ ｌ ａ ｒｍｉ ｎ ｉ  ｃｈａｎｎｅ ｌｈｅ ａ ｔａｂｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｐ ｌ ａ ｔ ｅ，ｒ ｐ ｈｅ ａ ｔｃ ｏｎｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎａ ｒ ｅ ａｏ ｆｈｅ ａ ｔａｂｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎ ｐ ｌ ａ ｔ ｅａｎｄｆ ｌ ｕ ｉ ｄ，ｔ ｈｅｔ ｉｍｅｆ ｏ ｒｔ ｈｅｆ ｌ ｕ ｉ ｄｔ ｏａｂｓ ｏ ｒ ｂｈｅ ａ ｔｅｎｅ ｒ ｓｉ ｎ  ｇｙｉ ｐ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅｄ，ａｎｄｔ ｈｅｔ ｏ ｔ ａ ｌｈｅ ａ ｔｔ ｒ ａｎｓ ｆ ｅ ｒｉ ｓｉｍｐ ｒ ｏｖｅｄ．Ａｔｔ ｈｅｓ ａｍｅｔ ｉｍｅ，ｔ ｈ ｉ ｓｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒｉ ｓｔ ｅ ｓ ｔ ｅｄｉ ｎａｒ ｕ ｒ ａ ｌｒ ｅ ｓ ｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｓｙ ｓ ｔ ｅｍｉ ｎＳｈａｎｘ ｉＰｒ ｏｖ ｉ ｎｃ ｅ．Ｔｈｅｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｔ ｈａ ｔｕｎｄｅ ｒｔ ｈｅｔ ｉ ｃ ａ ｌｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎｓｏ ｆｆ ｉ ｎｅｗｅ ａ ｔ ｈｅ ｒｉ ｎｗｉ ｎ  ｙｐ ｔ ｅ ｒ，ｔ ｈｅａｖｅ ｒ ａｇｅｄａ ｉ ｌ ａ ｔｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎｇｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎｃｙｏ ｆｔ ｈｅｍｉ ｎ ｉ  ｃｈａｎｎｅ ｌｆ ｌ ａ ｔ ｐ ｌ ａ ｔ ｅｓ ｏ ｌ ａ ｒｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒｉ ｓ６３． ６％ ，ａｎｄｔ ｈｅ ｙｈｅ ｈ ｉ ｓ ｔｉ ｓ８０． ４％．Ｔｈｅａｖｅ ｒ ａｇｅｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔｏ ｆｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅｏ ｆｔ ｈｅｓｙ ｓ ｔ ｅｍｉ ｓ１６． １ａｎｄｔ ｈｅａｖｅ ｒ ａｇｅｈｅ ａ ｔｌ ｏ ｓ ｓｏ ｆａ ｇｈｅ ｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒｐ ｌ ａ ｔ ｅｉ ｓ２３３． ３ Ｗ，ｍａ ｉ ｎ ｌ ｏｎｃ ｅｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｅｄａ ｔｔ ｈｅｔ ｏｐ．Ｉ ｔｃ ａｎｂｅｃ ｏｎｃ ｌ ｕｄｅｄｔ ｈａ ｔｔ ｈｅｉ ｎｓ ｔ ａｎ ｔ ａｎｅ ｏｕｓｅ ｆ  ｙｃ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎｃｙｏ ｆｔ ｈｅｆ ｌ ｏｗｃ ｏｍｉ ｎｇｆ ｒ ｏｍｂ ｌ ｏｗｉ ｓｈ ｉ ｒａｎｄｔ ｈｅｈｅ ａ ｔｌ ｏ ｓ ｓｉ ｓｓｍａ ｌ ｌ ｅ ｒ． ｇｈｅ 犓犲 狉 犱 狊： ｆ ｌ ａ ｔ ｌ ａ ｔ ｅｓ ｏ ｌ ａ ｒｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ；ｍｉ ｎ ｉ ｌ；ｈｅ ａ ｔｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎｇｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎｃｙ；ｈｅ ａ ｔｌ ｏ ｓ ｓ；ｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔｏ ｆｐｅ ｒ  ?ｐ ?ｃｈａｎｎｅ 狔狑狅 ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅ 由于自然资源日益消耗，新型能源的开发和传统能源的高效利用变得尤为重要 ［１］．太阳能因其具备 普遍、安全、清洁、无害等优点，被广泛应用于光热、光电领 域 中 ．我 国 太 阳 能 光 照 资 源 丰 富，年 日 照 时 数 收稿日期： ２０１９ ０３ １４ ? ? 通信作者： 杜震宇（ １９６４ Ｅ ｉ ｌ： ｄｓｄｄ２００４＠１６３． ｃ ｏｍ． ?），男，教授，博士，主要从事可再生能源利用的研究 ． ?ｍａ 基金项目： 国家重点研发计划中欧政府间国际合作项目科技创新合作重点专项（ ２０１６ＹＦＥ０１３３３００ ０４）；山西省 重 点 ? 研发计划重点项目（ ２０１６０３Ｄ１１１０１８） 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６５４ ２０１９ 年 大于 ２２００ｈ，年总辐照度高于 ５０１６ ＭＪ·ｍ－２ 的地区占 全 国 总 面 积 ２／３ 以 上，具 有 良 好 的 太 阳 能 利 用 条件 ．目前，太阳能热利用主要集中在热泵热水系统 的构 建 及 提 高 集 热 器 热 性 能 等 方 面 ．黎 珍 等 ［２］为 解 决太阳能热水系统中供水稳定性差、能效较低的问题，提出 太阳 能或空 气 能 蒸 发 集 热 器，并 构 建 热 泵 热 水系统 ．集热器热性能主要从平板型太阳能集热器和真空管型太阳能集热器进行优化，平板型因其承压 效果好、热效率高、便于与建筑一体化等优点，应用广泛 ［３］．国内外诸多学者对太阳能平板集热器的集热 性能进行了大量研究 ［４?６］．文献 ［ ７  ９］对 基 于 太 阳 能 光 伏 重 力 式 热 管 的 太 阳 能 集 热 器 进 行 研 究，结 果 表 ［ ］ 明，每日平均电效率与热效率分别为 ９． １％ ， ３９． ２％ ，且系统平均能效 比为 ５． ５．王 勇等 １０ 利 用实 验和模 拟对全流道吸热板平板型太阳能集热器进行分析，结果表明，增大流体传热接触面积不仅可以使排管间 流量分布 更加均衡，还 可以有 效地增 大板 芯 的对流换 热 系数 ．周 伟等 ［１１］采用 树形 分支模型 自主设 计了 一种微细通道的集热或蒸发器，并应用到太阳能热泵热水系统中，结果表明，系统运行良好，平均能效比 ［ ］ 为 ４． ８．江乐新等 １２ 对单圆形、单矩形、五圆形、五矩形 ４ 种流 道 截面 吸 热 板 的 传 热 特 性、压 降 特 性 进 行 ［ ］ 数值模拟，结果表明，五矩形流道的效果最好，最大导热速率比其他 ３ 种提高了 ５５． ４％． Ｚｈｏｕ 等 １３ 使用 一种微通道光伏光热集热器，并联合热泵、燃气热水器对住宅进行供热，结果表明，太阳能集热器的集热 效率可以达到 ５０． ８％ ，且在整个测试期间，室温均保持在 １８ ℃ 以上，达到所需的热舒 适条 件 ．虽 然已有 的研究成果提出了多种流道结构的太阳能集热器，但大多仍为单一块板的实验室测量，并未应用到实际 工程项目中，且集热效率还有待提高 ．因此，本文研究一种新型微通道太阳能平板集热器，分析其结构特 点，并对该集热器应用于山西省某农村住宅的供暖系统进行试验测试 ． １ 微通道太阳能平板集热器 １． １ 微通道吸热板 微通道单元体吸热板横向剖面图，如图 １ 所示 ．微通道吸热板由铝制的微通道整体结构与上层覆有 黑铬涂层的吸热板构成，将 ４ 个微通道流道与两侧的 翅片结 构看作 一 个 单 元 体，微 通 道 整 体 由 ２１ 个 单 元体并排排列组成，经两端的集管连接为一个整体 ．微通道材质厚度为 １ｍｍ，中间的工质通道尺寸 为 ４ ｍｍ×５ｍｍ，两边翅 片宽度均为 １５ ｍｍ．每个微通道 单元体结构独立运行，若 其 中 一 个 损 坏，不 会 影 响 其 他单元体的正常运行 ．另 外，微 通 道 结 构 采 用 铝 材 一 次性挤压拉伸成型，成 本 远 低 于 传 统 铜 材 ．微 通 道 结 构可以减小 传 统 管 板 式 流 道 的 截 面 尺 寸，使 流 体 流 速减慢，从而 延 长 循 环 工 质 吸 收 热 能 的 时 间 ．同 时， 微通道矩形截面能增 大 吸 热 板 与 循 环 工 质 的 热 传 导 图 １ 微通道单元体吸热板横向剖面图（单位： ｍｍ） 面积，使总传热量提高 ． １． ２ 微通道太阳能平板集热器的结构 微通道太阳能平 板 集 热 器 的 结 构，如 图 ２ 所 示 ． Ｆ ｉ １ Ｔｒ ａｎｓ ｖｅ ｒ ｓ ｅｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｍｉ ｃ ｒ ｏ  ｃｈａｎｎｅ ｌ ｇ． ｕｎ ｉ ｔｈｅ ａ ｔａｂｓ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｐ ｌ ａ ｔ ｅ（ ｕｎ ｉ ｔ：ｍｍ） ｐ 图 ２ 中：微通道太阳能平板集热器主要是由玻璃盖板、微通道 吸热 板、保 温 层、外 框 等 ４ 个 部 件 组 成 ．外 图 ２ 微通道太阳能平板集热器结构示意图 Ｆ ｉ ２ Ｓｃｈｅｍａ ｔ ｉ ｃｄ ｉ ａｇ ｒ ａｍｏ ｆｍｉ ｃ ｒ ｏ  ｃｈａｎｎｅ ｌｓ ｏ ｌ ａ ｒｐ ｌ ａ ｔ ｅｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｇ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 常晓琪，等：微通道太阳能平板集热器的集热性能试验 ６５５ 形结构尺寸为 ２０００ｍｍ×１０００ｍｍ×８０ｍｍ，透明的玻璃盖板采用 低铁钢 化玻璃，阳光透 过率 可以达 到 ９５． ０％ ， ４ 个侧面与底部的保温采用聚氨酯发泡保温，导热系数约为 ０． ０５２ Ｗ ·（ｍ· ℃ ）－１ ，侧边、底 部保温层厚度分别为 ２０， ３０ｍｍ，外框采用轻质的铝制材料 ．循 环工质在 单个集热器 板中 以 ３ 流 程方式 流动，其流动示意图，如图 ３ 所示 ． 由图 ３ 可知：相较于传统单流程式的循环方式， ３ 流程方式流动可 极大地 降低 不同集热 器中流 体的 温差，从而降低热损失 ． 微通道太阳能平 板 集 热 器 与 传 统 平 板 集 热 器 相 比，具有以下 ３ 个优点： １）采用矩形截面的微通道流 道，延长循环工质在 流 道 内 的 停 留 时 间，提 高 集 热 器 的集热效率； ２）微通道与两端集管采用嵌套式连接， 与传统使用的焊接 式 相 比，可 极 大 地 降 低 流 动 热 阻； ３）吸热板与微通道流道厚度共有７ｍｍ，采用铝制材 料，使集热器更加紧凑、轻便，且成本较低 ． 图 ３ 循环工质流动示意图 ２ 热传导基本理论 Ｆ ｉ ３ Ｆ ｌ ｏｗｄ ｉ ａｇ ｒ ａｍｏ ｆｃ ｉ ｒ ｃｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎｇｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ｇ． ２． １ 传热过程 当太阳辐射透过集热器的玻璃 盖 板 后，其 能 量 被 涂 有 黑 铬 涂 层 的 吸 热 板 吸 收，吸 收 的 这 部 分 能 量 犙ｓ 全部转化为热能，其中，大部分热能传 递 给 微 通 道 内 的 循 环 工 质，使 工 质 温 度 升 高，通 过 流 动 将 热 量 带入水箱，从而间接 加 热 水 箱 中 的 水 ．被 循 环 工 质 吸 收的这部分能量称 为 集 热 器 获 得 的 有 用 能 犙ｕ，集 热 器玻璃盖板和保温层 表 面 均 以 对 流 和 辐 射 的 形 式 连 续不断地向 周 围 环 境 散 失 热 量，这 些 向 环 境 散 失 的 热量包括集热器的顶部热损失 犙ｔ、底部热损失 犙ｂ 和 边缘 热 损 失 犙ｅ，该 过 程 循 环 往 复，直 至 稳 定 ．具 体 的 传热过程，如图 ４ 所示 ． ２． ２ 评价参数 ２． ２． １ 集热 效 率 平板太阳能集热器的热性能可 以用集热效率衡量 ．在 稳 态 运 行 工 况 下，其 集 热 效 率 图 ４ 平板太阳能集热器热量传递过程 定义为在单 位 时 间 内，集 热 器 实 际 获 得 的 有 用 能 与 Ｆ ｉ ４ Ｈｅ ａ ｔｔ ｒ ａｎｓ ｆ ｅ ｒｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓｏ ｆｆ ｌ ａ ｔｐ ｌ ａ ｔ ｅｓ ｏ ｌ ａ ｒｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｇ． 集热器表面所接收的太阳总辐射之比，其计算式为 犙ｕ 犕 ·犮ｐ（ θｆ，ｏ －θｆ，ｉ） ×１００％． η ＝ 犃犐 ＝ 犃犐 （ １） 式（ １）中： 犐 为太阳辐照度； 犃 为集热器采光面积； 犕 为 集 热 器 循 环 工 质 的 质 量 流 量； 犮ｐ 为 工 质 定 压 比 热 容； θｆ，ｏ， θｆ，ｉ分别为集热器工质出口、进口温度 ． ［ ］ ２． ２． ２ 瞬时效率 归一化温差 １４ 是指 单 位 面 积 单 位 辐 照 度 集 热 器 的 温 升 ．集 热 器 的 热 性 能 可 以 用 基 于进口温度归一化温差 Δθ 的瞬时效率η ′进行计算，即 Δθ ＝ （ θｆ，ｉ －θａ）， 犐 ′＝ η 犕 ·犮ｐ（ θｆ，ｉ －θａ） ×１００％． 犃犐 （ ２） 式（ ２）中： θａ 为环境温度 ． ２． ２． ３ 总热损失 集热器只要在吸热板高于环境温度时吸收太阳辐射，就不可避免地有一部分热量会 散失到周围的环境中 ．这部分热量越大，有用能越小，这将直接影响集热效率 ．集热器总热损失 犙Ｌ 为 （ 犙Ｌ ＝ 犙ｔ ＋犙ｂ ＋犙ｅ ＝ 犃犝ｔ（ ３） θｐ －θａ）＋犃ｂ犝ｂ（ θｐ －θａ）＋犃ｅ犝ｅ（ θｐ －θａ）． 式（ ３）中： 犝ｔ 为 顶 部 热 损 失 系 数； 犃ｂ 为 集 热 器 底 部 面 积； 犝ｂ 为 底 部 热 损 失 系 数； θｐ 为吸热板平均温度； 犝ｅ 为边缘热损失系数； 犃ｅ 为集热器边缘面积之和 ． ［ ］ 集热器顶部热损失系数在计算时需多次迭代， Ｋｌ ｅ ｉ ｎ１５ 于 １９７４ 年提出了经验公式，即 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６５６ 犖 １燄－１ 熿 ２ ２ 烌 σ（ θｐ －θａ）× （ θｐ ＋θａ ） 犲＋ ， 犺ｗ 犝ｔ ＝ 犮 θｐ －θａ ＋ × ２犖 ＋犳 －１＋０． １３３ １ εｐ 犖 ＋犳 ＋ －犖 燀θｐ 燅 ００５９１犖犺ｗ εｐ ＋０． εｇ 烍 １． ０＋０． ８９２犺ｗ －０． １１６６犺ｗεｐ）× （ １＋０． ７８６６犖）， 犳＝ （ （ ２０１９ 年 ） （ ４） 犺ｗ ＝ ５． ７＋３． ８ 狏， １００ 犲 ＝ ０． ４３ １－ ． 烎 θｐ 式（ ４）中： 犖 为透明盖板的层数； εｐ 为吸热板的发射率； εｇ 为 透 明盖板 的发射 率； σ 为斯 蒂芬玻尔 兹曼常 （ ） ［ ］ ２ 数； 犺ｗ 为由于风引起的对流换热系数 １６ ； 狏 为环境风速 ．当 ０ °＜β＜７０ °时， 犮＝５２０× （ １－０． ００００５ β ）；当 ７０ °≤β＜９０ °时， °时， 犮 为 ３９２． ６，其中， β 为 ７０ β 为集热器倾角 ． 由于集热器底部外表面温度一般较低，在与环境辐射 换 热时，辐 射 换 热 量 可 忽 略 不 计 ．故 底 部 热 损 失系数可表示为 １ １ （ ． ５） ＝ 犚λ１ ＋犚ｈ１ δｂ １ ＋ λｂ 犺ｗ 式（ ５）中： 犚λ１ 为底部导热热阻； 犚ｈ１ 为底部对流换热 热 阻； λｂ 为 底 部 保 温 层 材 料 的 导 热 系 数； δｂ 为 底 部 保 犝ｂ ＝ 温层厚度 ． 边缘热损失系数 犝ｅ 与底部热损系数 犝ｂ 的计算过程类似，不再赘述 ． ２． ２． ４ 系统能效比 对于以太阳能集热器为吸热装置 的供暖 系统，利 用 水 泵 提 供 动 力，在 使 循 环 工 质 不断流动的同时，还消耗电量 ．因此，采用集热器获取的有用能与水泵的实时变化功率之比，表示系统能 效比（ ＣＯＰ），具体可表示为 ＣＯＰ ＝ 犙ｕ ． 犘 （ ６） 式（ ６）中： 犘 为水泵实时变化功率 ． ３ 项目概况 试验项目设在山西省某农村，其目的 在 于 为 ３ 间 长、宽、高 分 别 为 １４０００， ７０００， ４０００ ｍｍ 的 农 村 住宅提供房间供暖热负荷及部分生活热水负荷 ．项目 整体由 ２ 组 并联 的 太 阳 能 集 热 器、蓄 热 装 置、地 板 辐射供暖系统及作为补充热源的空气源热泵组成 ． 系统整体采用二次换热，具体的系统流程图与测点布 置，分 别 如 图 ５ 所 示 ．太 阳 能 集 热 器 系 统 实 物 图，如图 ６ 所示 ．图 ５ 中：蓄热装置由 １． ５ｍ３ 的蓄热大 水箱、潜水 泵及位 于顶 部 的 换 热 小 水 箱 等 部 件 构 成；小水箱内有波纹管式换热器，用于集热器与地板辐射 采 暖系统 的热 量 交 换；大 水 箱 主 要 用 于 太 阳 辐 照度较高时热量的保存，以及辐照度较低时热量的释放 ． 图 ５ 系统流程图与测点布置 Ｆ ｉ ５ Ｓｙ ｓ ｔ ｅｍｆ ｌ ｏｗｃｈａ ｒ ｔａｎｄｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｉ ｎｇｐｏ ｉ ｎ ｔ ｇ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 常晓琪，等：微通道太阳能平板集热器的集热性能试验 ６５７ 太阳能集热器以体积分数为 ４０％ 的乙二醇 与水的混合溶 液作为循环工质，通过循 环 泵 实 现 工 质 的 强 制 循 环 ．太 阳 能 集 热器根据循环工质进出口方式的不同分为 ２ 组：第 １ 组集热器 工质进出口方 式 为 上 进 下 出；第 ２ 组 集 热 器 工 质 进 出 口 方 式 为下进上出 ．采光面与水平面 的 倾 角 均 为 ６０ °，朝 向 为 正 南 ．太 阳能集热器的 运 行 是 通 过 循 环 泵 的 启 停 进 行 控 制，当 工 质 通 过的第１ 块板的平均板温达到３５ ℃ 时，循环泵开启，太阳能集 热器开始运行；当 测 量 计 算 的 平 均 板 温 低 于 ３６ ℃ 时，循 环 泵 图 ６ 太阳能集热器系统实物图 关闭，集热器停止运行 ． Ｆ ｉ ６ Ｐｈｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌｄ ｉ ａｇ ｒ ａｍｏ ｆ ｇ． ４ 试验结果与分析 ｓ ｏ ｌ ａ ｒｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒｓｙ ｓ ｔ ｅｍ ４． １ 测试系统 试验中的测试内容包括运行参数与环境参数 ．运行参数包括集热器进口、出口温度、板温、循环工质 流量、水泵实时功率等；环境参数包 括 室 外 温 度、太 阳 辐 照 度 和 环 境 风 速 等 ．测 试 仪 器 主 要 有 太 阳 辐 照 仪、风速仪、流量计、铂电阻温度传感器和数据采集仪等 ．测试仪器的相关参数，如表 １ 所示 ． 表 １ 测试仪器的相关参数 Ｔａｂ． １ Ｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓｏ ｆｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎｇｉ ｎｓ ｔ ｒ ｕｍｅｎ ｔ 测试仪器 型号 个数 测量范围 精度 放置位置 太阳辐照仪 ＴＱＢ ２Ｃ ? １ ０～２０００ Ｗ·ｍ－２ ±２％ 距太阳能集热器 ０． ５ｍ 范围内， 与集热器采光面平行 风速仪 ＨＳ ?ＦＳ０１ １ 流量计 ＬＷＧＹ?ＭＫ?ＤＮ２５ ３ ２ｍ·ｓ－１ ０～３０ｍ·ｓ－１ ０． ３ －１ ０． ５～１０． ±０． ５％ ０ｍ ·ｈ 铂电阻温度 传感器 ＰＴ１０００ ３５ －５０～１５０ ℃ ±０． ００２ ℃ 太阳能集热器进出口、 吸热板表面、水箱内、环境中等 数据采集仪 ３４９７０Ａ １ ０～３００Ｖ ±０． ００４％ 测试房间内 ４． ２ 试验过程 ４． ２． １ 试验方法 太阳能集热器旁 太阳能集热器总、分支路处 试验时间为 ２０１７ 年整个 冬 季，从 中 选 取 具 有 代 表 性 的 ５ 个 晴 天 （ １２ 月 ２３－２７ 日） 进行数据整理，根据集热器的开启时间，详细分析 １０： ００－１６： ００ 时间段内的环境参数和运行参数 ．使用 ３４９７０Ａ 型数据采集仪（美国 Ａｇ ｉ ｌ ｅｎ ｔ安捷伦公司）采集环境参数和运 行参数 数据，数据采集 时间间 隔为 ２ｍｉ ｎ，将采集的数据按设置的 采 集 间 隔 导 入 Ｅｘｃ ｅ ｌ中，分 析 处 理 并 绘 制 相 关 曲 线 图 ．在 数 据 采 集 过 程 中，由于存在传感器故障、环境条件突变等因素的影响，因此，可能会 出 现 数 据 异 常 等 情 况 ．在 数 据 处 理 和拟合公式过程中，应及时剔除坏值 ． ４． ２． ２ 试验分析 以 １２ 月 ２６ 日 试 验 结 果 为 例 ．当 天 天气晴朗，无云，微风，测试 结 果，如 图 ７ 所 示 ．图 ７ 中： θ 为温度 ． 由图 ７ 可 知：当 太 阳 辐 照 度 稳 定 增 大 时，微 通 道 集 热器循环工质 的 进 出 口 温 度、小 水 箱 温 度 均 不 断 提 升， 两组出口 温 度 在 集 热 器 运 行 初 期 增 长 较 快，在 １２： ２０ 时，第 ２ 组出口温度达到最高值 ６２． ５ ℃ ，微 通道 太阳 能 集热器可以快速地将太阳能 转化为热 能，使循 环工 质 较 图 ７ １２ 月 ２６ 日试验测试结果 快升温，为 小 水 箱 提 供 热 量；而 进 口 温 度 的 最 高 温 度 Ｆ ｉ ７ Ｔｅ ｓ ｔｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔｏｎＤｅ ｃ ｅｍｂｅ ｒ２６ ｇ． （ ５２． ７ ℃ ）出现在 １３： ００，这是因为随着时间的推移，小水箱温度不断提升，使得集热器回水温度，即板进 口温度达到最高值；小水箱温度具有一定的滞后性，在 １３： ４０ 时，小水箱温度达到最高值 ４９． ３ ℃． 由图 ７ 还可知：第 １ 组、第 ２ 组太阳能集热器虽进出口方式不同，但在相同进口温度时，出口温度相 差不大 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６５８ ２０１９ 年 ４． ３ 结果分析 ４． ３． １ 集热效率 １２ 月 ２６ 日集热效率与太阳辐照度 随 时 间 的 变 化 曲 线，如 图 ８ 所 示 ．图 ８ 中： η 为集 热效率 ．根据式（ １）可以计算出第 １ 组、第 ２ 组集热器 日 平均集热效率分别为 ６３． ５％ ， ６３． ７％ ，两 组 集 热 器 的 平 均集热效率为 ６３． ６％． 由图 ８ 可 知：在 集 热 器 运 行 初 期，集 热 效 率 迅 速 增 大，在 １１： ２０ 时，第 １ 组、第 ２ 组集 热器的 集 热 效 率 分 别 达到最大值 ７７． ９％ ， ８０． ４％ ；随后， ２ 组集 热 器 的 集 热 效 率有所下降，这 是 因 为 当 板 进 口 温 度 不 断 提 升 时，循 环 工质从外界吸收 的 热 量 有 所 减 少；随 着 时 间 的 推 移，虽 然太阳辐照度不 断 降 低，集 热 效 率 平 缓 下 降，但 集 热 效 率也能保持较大 数 值，说 明 该 集 热 器 集 热 能 力 强，保 温 图 ８ 集热效率与太阳辐照度随时间变化曲线 Ｆ ｉ ８ Ｃｕ ｒ ｖｅｏ ｆｈｅ ａ ｔｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏｎｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎｃｙ ｇ． ａｎｄｓ ｏ ｌ ａ ｒｉ ｒ ｒ ａｄ ｉ ａｎｃ ｅｗｉ ｔ ｈｔ ｉｍｅ 性能好 ． ４． ３． ２ 瞬时效率 为了更准确地得到基于进口温度的归一化温差与 瞬时效 率的关系，选取 １２ 月 ２３－ ２７ 日 ５ 天的测试数据进行处理分析 ．拟合第 １ 组、第 ２ 组集热器的瞬时 效率曲 线，如 图 ９ 所示 ．图 ９ 中： ′１ ， ′２ 分别为第 １ 组、第 ２ 组集热器的瞬时效率 ． η η （ ａ）第 １ 组集热器 （ ｂ）第 ２ 组集热器 图 ９ 基于进口温度的集热器瞬时效率曲线 Ｆ ｉ ９ Ｅｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔｃｕ ｒ ｖｅｏ ｆｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒｂａ ｓ ｅｄｏｎｉ ｎ ｌ ｅ ｔｔ ｅｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｇ． 拟合的微通道太阳能集热器的瞬时效率方程为 （ θｆ，ｉ －θａ）， ′１ ＝ （ ０． ８６－３． ２４Δθ）×１００％ ， η ′２ ＝ （ ０． ８８－３． ０７Δθ）×１００％． （ ７） η 犐 由式 （ ７）的 计 算 结 果 可 知：第 １ 组、第 ２ 组 集 热 器 的 最 大 瞬 时 效 率 分 别 为 ８６． ０％ ， ８８． ０％ ，而 第 １ Δθ ＝ 组、第 ２ 组集热器的实际热损失仅 为 ３． ２４， ３． ０７ Ｗ ·（ ｍ２ · ℃ ）－１ ，可 见 微 通 道 结 构 能 够 高 效 地 吸 收 经 吸热板转化的光能，从根本上改善太阳能集热器的集热性能 ． 由图 ９ 可知：第 ２ 组集热器的瞬时效率比第 １ 组大 ．这是因为第 ２ 组集热器工质采用下进上出的流 动方式，其吸热板上部温度远大于下部温度，使封闭空气夹层内上层热空气与下层冷空气之间不发生对 流作用，从而减小因 对 流 而 产 生 的 热 损 失，故 第 ２ 组 集 热 器 的 瞬 时效率较高 ． ４． ３． ３ 总热损失 由式（ ３）～ （ ５）可计算单个集热板顶部、底部、 边缘的热损失值 ．以第 １ 组集热器的板 １ 为例， １２ 月 ２３－２７ 日 的 平均热损失分布，如图 １０ 所示 ． 由图 １０ 可知：在 １２ 月 ２３－２７ 日， １０： ００－１６： ００ 时 间 段 内， 集热 器 板 １ 的 平 均 热 损 失 量 为 ２３３． ３ Ｗ，其 中，顶 部 热 损 失 为 １３９． ７ Ｗ，底部热损失为 ７２． １ Ｗ ，边 缘 热 损 失 为 ２１． ５ Ｗ ；顶 部 热 图 １０ 集热器板 １ 的平均热损失分布图 １０ Ａｖｅ ｒ ａｇｅｈｅ ａ ｔｌ ｏ ｓ ｓｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏｎ 损失最大，占整个板全 部 热 损 失 的 ５９． ９％ ，而 底 部 热 损 失 和 边 缘 Ｆｉｇ． 热损失较少，分别占整 个 板 全 部 热 损 失 的 ３０． ９％ ， ９． ２％．这 是 因 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． ｄ ｉ ａｇ ｒ ａｍｏ ｆｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒｐ ｌ ａ ｔ ｅ１ 第５期 常晓琪，等：微通道太阳能平板集热器的集热性能试验 ６５９ 为板上部的单层玻璃盖板与外界接触的表面受风速 的影响，有较 大的 对 流 传 热 系 数；同 时，低 铁 钢 化 玻 璃的导热系数约为 ５． ８ Ｗ·（ ｍ· ℃ ）－１ ，对封闭空气夹层内的热量有一定的散失作用 ． 因此，减少热损失可以从减小顶部热损失入手，如使用双层玻璃盖板或 采用导 热系数更 小的 ＬｏｗＥ 膜玻璃 ［１７］，其导热系数可以降低到 １． ４ Ｗ·（ ｍ· ℃ ）－１ ；减小底部和边缘热损失可以采用保温性能更高 的材料，并根据气候、选用材料等确定保温层厚度 ． １２ 月２３－２７ 日，集热器板１ 与集热器板２ 的总热损失随时间的变化曲线，如图１１ 所示 ．由图１１ 可 知：板 １， ２ 每日热损失变化趋势均是先增后减，且最大热损失出现在 １２ 月 ２５ 日中午 １２： ４０，此时，板 １， ２ 热损失分别为 ３４０． ５， ３１９． １ Ｗ，二者相差 ２１． ４ Ｗ ；板 １ 在 １５： ２０ 之前，平均热损失明显大于板 ２，这是 因为在太阳辐照度较高时，第 １ 组集热器采用上进下 出的流 动方式，使 板 １ 下 部 分 吸 热 板 温 度 较 高，这 不仅加大与外界的辐射传热，还增大夹层内部上、下空气对流换热，导致热损失明显增大 ． ４． ３． ４ 系统能效比 １２ 月 ２３－２７ 日，系统能效 比随 时间的变 化曲线，如 图 １２ 所示 ．由图 １２ 可 知：每 天的系统能效比均随着时间的推移先增后减；在 １０： ００－１６： ００ 时间 段 内，瞬 时 能 效 比 均 在 ３． ０ 以 上； ５ 日平均能效比为 １６． １； １２ 月 ２５ 日 １２： ００ 时，能效比达到最大值（ ２４． ０），说明该系统效率较高，可以通过 消耗较少的电能获得较多的热能 ．相比于 其 他 供 热 设 备，如 电 加 热 器 （最 大 ＣＯＰ 为 １． ０）和 空 气 源 热 泵 （ ＣＯＰ 为 ３． ０～５． ０），自主设计的供热系统可极大地提高能源的利用效率 ． 图 １１ 集热器板 １， ２ 的热损失随时间变化曲线 图 １２ 系统能效比随时间变化曲线 Ｆ ｉ １１ Ｈｅ ａ ｔｌ ｏ ｓ ｓｏ ｆｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｇ． Ｆ ｉ １２ Ｄｉ ａｇ ｒ ａｍｏ ｆｓｙ ｓ ｔ ｅｍｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔ ｇ． ｌ ａ ｔ ｅ１， ２ｗｉ ｔ ｈｔ ｉｍｅ ｐ ｏ ｆｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅｗｉ ｔ ｈｔ ｉｍｅ ５ 结论 通过对新型微通道太阳能平板集热器的基本结构及 基本理 论进 行 分 析，以 及 对 其 在 农 村 住 宅 供 暖 系统进行试验，得出以下 ４ 点结论 ． １）自主设计的微通道太阳能平板集热器集热能力 强，日平 均集热 效率为 ６３． ６％ ，集 热 效 率 最 高 可 以达到 ８０． ４％ ，且在太阳辐照度持续降低时，集热效率仍然能够保持较大数值 ． ２）由太阳能集热器瞬时效率的拟合 方 程 可 知，第 １ 组、第 ２ 组 集 热 器 的 瞬 时 效 率 分 别 为 ８６． ０％ ， ２ －１ ８８． ０％ ，热损失系数分别为 ３． ２４， ３． ０７ Ｗ ·（ｍ · ℃ ） ，这 表 明 微 通 道 能 够 高 效 地 吸 收 经 上 层 吸 热 板 转化的光能，且采用下进上出的工质循环形式，热损失系数较小，瞬时效率较高 ． ３）板 １ 的平均热损失为 ２３３． ３ Ｗ ，其中，顶部热损失占整个板全部热损失的 ５９． ９％．因此，减小顶 部热损失是减小板热损失的有效途径，可以通过采用双 层玻璃 盖板或使用 ＬｏｗＥ 膜 玻 璃 等 减 小 顶 部 热 损失 ． ４）系统 ５ 日平均能效比为 １６． １，与其他供热设备相比，自主 设计的供 热系统 可极 大地 提 高 能 源 利 用效率 ． 参考文献： ［ １］ 王勇，段广彬，刘宗明 ．平板太阳能集热器 强 化 传 热 特 性 研 究［ Ｊ］．材 料 导 报， ２０１４， ２８（ １９）： ６２  ６７． ＤＯＩ： １０． １１８９６／ ｊ． ｉ ｓ ｓｎ． １００５  ０２３Ｘ． ２０１４． １９． ０１３． ［ ２］ 黎珍，田琦，董旭 ．太原地区太阳能耦合空气源热泵 一 体 化 热 水 系 统 性 能 分 析 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 版 科 学 版）， 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６６０ ２０１９ 年 ２０１７， ３８（ ５）： ６７０  ６７５． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００  ５０１３． ２０１６１２０１４． ［ ３］ 卢郁，于洪文，丁海成，等 ．平 板 太 阳 能 集 热 器 热 性 能 数 学 建 模 及 模 拟 ［ Ｊ］．济 南 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１３， ２７ （ ３）： ２９３  ２９７． ［ ４］ ＭＯＤＪ ＩＮＯＵ Ｍ， Ｊ ＩＪ ｉ ｅ， ＬＩＪ ｉ ｎｇ， 犲 狋犪 犾． Ａｎｕｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌａｎｄｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌｓ ｔ ｕｄｙｏ ｆｍｉ ｃ ｒ ｏ  ｃｈａｎｎｅ ｌｈｅ ａ ｔｐ ｉ ｏ ｌ ａ ｒｐｈｏ ｔ ｏｖｏ ｌ  ｐｅｓ ｔ ａ ｉ ｃ ｓｔ ｈｅ ｒｍａ ｌｓｙ ｓ ｔ ｅｍ［ Ｊ］． Ａｐｐ ｌ ｉ ｅｄＥｎｅ ｒ ２０１７， ２０６： ７０８  ７２２． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ａｐｅｎｅ ｒ ２０１７． ０８． ２２１． ｇｙ， ｊ． ｇｙ． ［ ５］ ＬＩＧｕ ｉ ｉ ａｎｇ， ＰＥＩＧａｎｇ， Ｊ ＩＪ ｉ ｅ， 犲 狋犪 犾． Ｎｕｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌａｎｄｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌｓ ｔ ｕｄｙｏｎａＰＶ／Ｔｓｙ ｓ ｔ ｅｍ ｗｉ ｔ ｈｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃｍｉ ｎ ｉ ａ ｔ ｕ ｒ ｅｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｑ ｓ ｏ ｌ ｅｎｅ ｒ． ２０１５． ０７． ０４６． ｃ ｏｎｃ ｅｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ［ Ｊ］． Ｓｏ ｌ ａ ｒＥｎｅ ｒ ２０１５， １２０： ５６５  ５７４． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｊ． ｇｙ， ［ ｉ ｓ ｓｎ： ６］ 李戬洪，江晴 ．一种高效 平 板 太 阳 能 集 热 器 试 验 研 究 ［ Ｊ］．太 阳 能 学 报， ２００１， ２２（ ２）： １３１  １３５． ＤＯＩ： １０． ３３２１／ ｊ． ０２５４  ００９６． ２００１． ０２． ００３． ［ ７］ ＺＨＡＮＧ Ｘｉ ｎｇｘ ｉ ｎｇ， ＺＨＡＯ Ｘｕｄｏｎｇ， ＳＨＥＮＪ ｉ ｎｇｃｈｕｎ， 犲 狋犪 犾． Ｄｅ ｓ ｉ ａｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌｓ ｔ ｕｄｙｏ ｆａｓ ｏ ｌ ａ ｒｐｈｏ  ｇｎｆ ／ ｌ ｏｏｐ ｈｅ ａ ｔ ｐ ｉ ｓ ｅｄｈｅ ａ ｔｐｕｍｐ ｓｙ ｓ ｔ ｅｍ ［ Ｊ］． Ｓｏ ｌ ａ ｒＥｎｅ ｒ ２０１３， ９７： ５５１  ５６８．ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｓ ｏ ｌ ｅｎｅ ｒ． ｔ ｏｖｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ ｐｅｂａ ｇｙ， ｊ． ２０１３． ０９． ０２２． ［ ／ ８］ ＺＨＡＮＧ Ｘｉ ｎｇｘ ｉ ｎｇ， ＺＨＡＯ Ｘｕｄｏｎｇ， ＳＨＥＮＪ ｉ ｎｇｃｈｕｎ， 犲 狋犪 犾． Ｄｙｎａｍｉ ｃｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅｏ ｆａｎｏｖｅ ｌｓ ｏ ｌ ａ ｒｐｈｏ ｔ ｏｖｏ ｌ ｔ ａ ｉ ｃ ｌ ｏｏｐ  ａｐｅｎｅ ｒ ２０１３． ０９． ０６３． ｈｅ ａ ｔ ｐ ｉ ａ ｔｐｕｍｐｓｙ ｓ ｔ ｅｍ［ Ｊ］． Ａｐｐ ｌ ｉ ｅｄＥｎｅ ｒ ２０１４， １１４（ ２）： ３３５  ３５２． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｊ． ｇｙ． ｐｅｈｅ ｇｙ， ［ ９］ ＸＵ Ｐｅｎｇ， ＳＨＥＮＪ ｉ ｎｇｃｈｕｎ， ＺＨＡＮＧ Ｘｉ ｎｇｘ ｉ ｎｇ， 犲 狋犪 犾． Ｄｅ ｓ ｉ ａｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌｓ ｔ ｕｄｙｏ ｆａｎｏｖｅ ｌｌ ｏｏｐ  ｇｎ，ｆ ｈｅ ａ ｔ ｐ ｉ ｓ ｅｄｓ ｏ ｌ ａ ｒｔ ｈｅ ｒｍａ ｌｆ ａ ｃ ａｄｅｗａ ｔ ｅ ｒｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｓｙ ｓ ｔ ｅｍ［ Ｊ］． Ｅｎｅ ｒ ｏ ｃ ｅｄ ｉ ａ， ２０１５， ７５： ５６６  ５７１． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｐｅｂａ ｇｙＰｒ ｊ． ｅｇｙｐ ｒ ｏ． ２０１５． ０７． ４５６． ［ １０］ 王勇，段广彬，丁海成，等 ．全流道式平板型太阳 能 集 热 器 的 试 验 研 究 与 模 拟 分 析 ［ Ｊ］．可 再 生 能 源， ２０１５， ３３（ １２）： １７６２  １７６８． ［ １１］ 周伟，张小松 ．基于微细 通 道 集 热／蒸 发 器 的 太 阳 能 热 泵 热 水 系 统 性 能 模 拟 与 实 验 研 究 ［ Ｊ］．暖 通 空 调， ２０１７， ４７ （ １０）： １０８  １１３． ［ １２］ 江乐新，李雅瑾，江劲 松 ．流 道 型 式 对 光 热 组 件 传 热 影 响 的 数 值 模 拟 ［ Ｊ］．广 西 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１３， ３８ （ ｉ ｓ ｓｎ． １００１  ７４４５． ２０１３． ０２． ０１５． ２）： ３３９  ３４４． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｊ． ［ １３］ ＺＨＯＵＪ ｉ ｎ ｚｈ ｉ， ＺＨＡＯ Ｘｕｄｏｎｇ，ＭＡ Ｘｉ ａｏ ｌ ｉ， 犲 狋犪 犾． Ｃｌ ｅ ａ ｒ  ｄａｙ ｓｏｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌｐｅ ｒ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅｏ ｆａｈｙｂ ｒ ｉ ｄｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌｓｐａ ｃ ｅ ｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｓｙ ｓ ｔ ｅｍｅｍｐ ｌ ｏｙ ｉ ｎｇｔ ｈｅｎｏｖｅ ｌｍｉ ｎ ｉ  ｃｈａｎｎｅ ｌｓ ｏ ｌ ａ ｒｔ ｈｅ ｒｍａ ｌａｎｄＰＶ／Ｔ ｐａｎｅ ｌ ｓａｎｄａｈｅ ａ ｔｐｕｍｐ［ Ｊ］． Ｓｏ ｌ ａ ｒＥｎｅ ｒ  ｓ ｏ ｌ ｅｎｅ ｒ． ２０１７． ０６． ０５６． ２０１７， １５５： ４６４  ４７７． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｊ． ｇｙ， ［ １４］ 中国国家标准 化 管 理 委 员 会 ．太 阳 能 集 热 器 热 性 能 试 验 方 法：ＧＢ／Ｔ４２１７－２００７［ Ｓ］．北 京：中 国 标 准 出 版 社， ２００７． ［ １５］ ＫＬＥＩＮＳＡ． Ｃａ ｌ ｃｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｆ ｌ ａ ｔ ｐ ｌ ａ ｔ ｅｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒｌ ｏ ｓ ｓｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔ ｓ［ Ｊ］． Ｓｏ ｌ ａ ｒＥｎｅ ｒ １９７５， １７： ７９  ８０． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｇｙ， ００３８  ０９２Ｘ（ ７５） ９００２０  １． ［ １６］ 高腾 ．平板太阳能集热器的传热分析及设计优化［ Ｄ］．天津：天津大学， ２０１１． ［ ｉ ｓ ｓｎ． １００３  １７］ 林鸿宾，徐美君，韩彤 ．我国深加 工 玻 璃 的 发 展 与 现 状 ［ Ｊ］．玻 璃， ２０１０， ３７（ １２）： ２６  ３０． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｊ． １９８７． ２０１０． １２． ００９． （责任编辑：陈志贤 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：刘源岗） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１９０１０４６ ? 空气源热泵及辅助电加热地板 辐射采暖系统耦合优化 王洋涛１，赵润俐２，田琦１，董旭３，武斌１ （ １．太原理工大学 环境科学与工程学院，山西 晋中 ０３０６００； ２．山西省建筑节能监管中心，山西 太原 ０３００００； ３．青岛海尔空调器有限总公司，山东 青岛 ２６６０００） 摘要： 从节能性和经济性两方面综合考虑，提出单价能效系数的概念，并根据系统单价能效系数选择空气源 热泵及辅助电加热复合采暖系统 ．利用瞬时系统模拟程序（ ＴＲＮＳＹＳ），构建复合采暖系统仿真模型，并以 太 原 地区住宅为例，优化空气源热泵及辅助电加热复合采暖系统的耦合方式 ．研究结果表明：当空气源热泵占建筑 供暖设计热负荷 ６０％ ，辅助电加热设备占 ４０％ 时，整个采暖系统单价能效系数最高，性价比最好 ． 关键词： 空气源热泵；辅助电加热；复合采暖系统；单价能效系数 中图分类号： ＴＵ８３２． １ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６６１ ０７ ? ? ? 犆狅狌狆 犾 犻 狀犵犗狆 狋 犻犿犻 狕 犪 狋 犻 狅狀犳 狅 狉犃犻 狉犛狅狌 狉 犮 犲犎犲 犪 狋犘狌犿狆犪狀犱 犃狌狓 犻 犾 犻 犪 狉 犾 犲 犮 狋 狉 犻 犮犎犲 犪 狋 犻 狀犵犉 犾 狅 狅 狉犚犪犱 犻 犪狀 狋犎犲 犪 狋 犻 狀犵犛狔 狊 狋 犲犿 狔犈 ＷＡＮＧ Ｙａｎｇ ｔ ａｏ１，ＺＨＡＯ Ｒｕｎ ｌ ｉ２，ＴＩＡＮ Ｑｉ１， ＤＯＮＧ Ｘｕ３，ＷＵ Ｂ ｉ ｎ１ （ １．Ｃｏ ｌ ｌ ｅｇｅｏ ｆＥｎｖ ｉ ｒ ｏｎｍｅｎ ｔ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅａｎｄＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｔａ ｉ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｆＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ，Ｊ ｉ ｎｚｈｏｎｇ０３０６００，Ｃｈ ｉ ｎａ； ｙｕａｎＵｎ ｙｏ ２．Ｓｈａｎｘ ｉＢｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎｇＥｎｅ ｒ ｅ ｒ ｖａ ｔ ｉ ｏｎＳｕｐｅ ｒ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏｎＣｅｎ ｔ ｅ ｒ，Ｔａ ｉ ｉ ｎａ； ｇｙＣｏｎｓ ｙｕａｎ０３００００，Ｃｈ ３．Ｑｉ ｎｇｄａｏＨａ ｉ ｅ ｒＡｉ ｒＣｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎｅ ｒＬ ｉｍｉ ｔ ｅｄＧｅｎｅ ｒ ａ ｌＣｏｍｐａｎｙ，Ｑｉ ｎｇｄａｏ２６６０００，Ｃｈ ｉ ｎａ） 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｃｏｎｓ ｉ ｄｅ ｒ ｉ ｎｇｔ ｈｅｔｗｏａ ｓｐｅ ｃ ｔ ｓｏ ｆｅｎｅ ｒ ａｖ ｉ ｎｇａｎｄｅ ｃ ｏｎｏｍｙ，ｔ ｈｅｃ ｏｎｃ ｅｐ ｔｏ ｆｕｎ ｉ ｔｐ ｒ ｉ ｃ ｅｅｎｅ ｒ ｆ ｆ ｉ  ｇｙｓ ｇｙｅ ｃ ｉ ｅｎｃｙｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔｉ ｓｐ ｒ ｏｐｏ ｓ ｅｄ，ａｎｄｔ ｈｅａ ｉ ｒｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅｈｅ ａ ｔｐｕｍｐａｎｄａｕｘ ｉ ｌ ｉ ａ ｒ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｃ ｏｍｐｏｕｎｄｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｙｅ ｓｙ ｓ ｔ ｅｍａ ｒ ｅｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅｄａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎｇｔ ｏｔ ｈｅｕｎ ｉ ｔｐ ｒ ｉ ｃ ｅｅｎｅ ｒ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎｃｙｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔｏ ｆｔ ｈｅｓｙ ｓ ｔ ｅｍ． Ｔｈｅｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｍｏｄｅ ｌ ｇｙｅ ｏ ｆｔ ｈｅｃ ｏｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｓｙ ｓ ｔ ｅｍｉ ｓｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｅｄｂｙｕｓ ｉ ｎｇｔ ｈｅｔ ｒ ａｎｓ ｉ ｅｎ ｔｓｙ ｓ ｔ ｅｍｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｐ ｒ ｏｇ ｒ ａｍ （ ＴＲＮＳＹＳ）． Ｔａｋ ｉ ｎｇｔ ｈｅｒ ｅ ｓ ｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ａ ｌａ ｒ ｅ ａｉ ｎＴａ ｉ ｓａｎｅｘａｍｐ ｌ ｅ，ｔ ｈｅｃ ｏｕｐ ｌ ｉ ｎｇ ｍｏｄｅｏ ｆａ ｉ ｒｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅｈｅ ａ ｔｐｕｍｐａｎｄａｕｘ ｉ ｌ ｉ ａ ｒ ｙｕａｎａ ｙ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｃ ｏｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｓｙ ｓ ｔ ｅｍｉ ｓｏｐ ｔ ｉｍｉ ｚ ｅｄ．Ｔｈｅｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｔ ｈａ ｔｗｈｅｎｔ ｈｅａ ｉ ｒｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅｈｅ ａ ｔ ｃ ｃ ｏｕｎ ｔ ｓｆ ｏ ｒ６０％ ｏ ｆｔ ｈｅｂｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎｇｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｄｅ ｓ ｉ ａ ｔｌ ｏａｄａｎｄｔ ｈｅａｕｘ ｉ ｌ ｉ ａ ｒ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｅ ｉ ｔａ ｃ  ｐｕｍｐａ ｇｎｈｅ ｙｅ ｑｕ ｐｍｅｎ ｈｅｕｎ ｉ ｔｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｓｙ ｓ ｔ ｅｍｈａ ｓｔ ｈｅｈ ｉ ｓ ｔｕｎ ｉ ｔｅｎｅ ｒ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎｃｙｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔａｎｄｔ ｈｅｂｅ ｓ ｔｃ ｏ ｓ ｔｐｅ ｒ  ｃ ｏｕｎ ｔ ｓｆ ｏ ｒ４０％ ，ｔ ｇｈｅ ｇｙｅ ｆ ｏ ｒｍａｎｃ ｅ． 犓犲 狉 犱 狊： ａ ｉ ｒｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅｈｅ ａ ｔｐｕｍｐ；ａｕｘ ｉ ｌ ｉ ａ ｒ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇ；ｃ ｏｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｓｙ ｓ ｔ ｅｍ；ｕｎ ｉ ｔｐ ｒ ｉ ｃ ｅｅｎｅ ｒ ｆ ｆ ｉ  ｙｅ ｇｙｅ 狔狑狅 ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔ ｃ ｉ ｅｎｃｙｃ 收稿日期： ２０１９ ０１ ２２ ? ? 通信作者： 田琦（ １９６６ Ｅ?ｍａ ｉ ｌ： ４１２５５９９０８＠ ?），男，教授，博 士，主 要 从 事 可 再 生 能 源 利 用 及 建 筑 节 能 新 技 术 的 研 究 ． ｃ ｏｍ． ｑｑ． 基金项目： “十二五”国家科技支撑计划项目（ ２０１２ＢＡＪ ０４Ｂ０２） ６６２ 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ２０１９ 年 目前，我国北方地区城镇供暖 能 耗 占 建 筑 能 耗 的 ２２％ ［１］，低 温 热 水 地 板 辐 射 采 暖 系 统 以 辐 射 为 主 的换热方式向室内供暖，具有卫生、舒 适 性 强 等 特 点，比 传 统 供 暖 方 式 节 能 ２０％ ～３０％ ［２］．冬 季 应 用 空 气源热泵从室外空气中提取热量制取热水，可稳定 地 向 室 内 进 行 低 温 热 水 地 板 辐 射 采 暖 ［３?７］，因 其 具 有 适用范围广、高效节能及清洁环保 的 优 点，受 到 很 多 专 家、学 者 的 关 注 ［８?１８］．然 而，空 气 源 热 泵 机 组 显 著 的缺点是供需不匹配，即在整个供暖期，随着室外温度的降低，室内热负荷需求逐渐增大，其机组制热量 却逐渐降低 ．为了解决这一矛盾，通常需要添加辅助电加热设备，以提高热泵机组运行的可靠性 ．为了合 理配置热泵机组与辅助电加热设备，文献［ １９ ２０］提 出 最 佳 经 济 平 衡 点 和 最 佳 能 量 平 衡 点 的 概 念，王 绍 ? 瑞 ［２１］研 究 以低谷 电为 辅 助热源的设 备容量 的确定 方法 ．综 上 可知，目 前的研 究侧 重于复合 采暖系 统经 济性或节能性的分析，缺乏综合两种因素的研究 ．本文考 虑 节能性 和经 济 性 综 合 评 价 指 标，优 化 空 气 源 热泵及辅助电加热复合采暖系统的耦合方式 ． １ 单价能效系数 ［ ］ 美国能源部和美国空调与制冷协会（ ＡＲＩ）推荐制 热 季节性 能系数 ２２ 作为评 价机 组性 能 的 指 标 ．制 热季节性能系数反映系统的节能情况，制热季节性能 系数越 高，表 明系 统 节 能 性 越 好 ．动 态 费 用 年 值 评 价方法是在项目生命周期内，将每年的现金流出量按 照标准 收益率 换 算，累 计 至 项 目 生 命 周 期 原 点，成 为费用现值，再将费用现值按照年均制分摊至项目生命周期内，成为费用现值年金化的等额年值的评价 方法 ［２３］．动 态 费 用年 值反映系统 经济情 况，动态 费用 年值越低，表明系统 经济性越好 ．对于 空气源 热 泵 及辅助电加热复合采暖系统，综合考虑节能性与经济性两方面因素，最终提出一个复合采暖系统评价指 标，即单价能效系数，其计算式为 （ １） χ ＝ζＨＳＰＦ／犣ｄ． 式（ １）中： 犣ｄ 为动态费用年值 ． χ 为单价能效系数； ζＨＳＰＦ 为制热季节性能系数； 单价能效系数表示系统单位价格下的节能情况，系统单价能效系数越高，表示系统在相同价格的情 况下节能性越好，性价比越高；相反，则表示系统在相同价格的情况下，节能性越差，性价比越低 ． １． １ 制热季节性能系数 美国能源部和美国空调与制冷协会提出用温度频段法估算ζＨＳＰＦ［２４］，估算表达式为 ζＨＳＰＦ ＝ θ ）×狀 ∑犙 （ ． θ ）×狀 ∑犠 （ 犼 犼 犼 犼 犼 犼 （ ２） 式（ ２）中： 犙犼（ θ犼 为相应地区典型年制热季节各时刻出现的温度，℃ ； θ犼）为温度θ犼 时机组制热运行的供热 量， ｋＷ； 犠犼（ ｋＷ； 狀犼 为温度θ犼 在制热季节中出现的时间， ｈ． θ犼）为温度θ犼 时机组制热运行的耗电量， １． ２ 动态费用年值 动态费用年值的计算公式 ［２５］为 犿 犻（ １＋犻） （ ·犓 ＋犆． ３） 犿 （ １＋犻） －１ ［］ 式（ ３）中： 犣ｄ 为按动态法计算的年计算费用，万元·ａ－１ ； 犻 为年利率，取 ６％ ８ ； 犓 为设备 初投资，万元； 犆 犣ｄ ＝ ［］ 为年运行费，万元·ａ－１ ； 犿 为供热设备使用寿命年限，取 １５ａ８ ． 空气源热泵及辅助电加热复合采暖系统的设备初投资一般包括设备的购置费用和增容费 ．有 犓 ＝ 犆ｅｑ ＋犆Ｚ． 犆ｅｑ ＝ 犘ｈｐ犖ｈｐ ＋犘ｂ犖ｂ， 犆Ｚ ＝ 犘ｅｚ（ 犠 ｈｐ ＋ 犠ｅｂ）． （ ４） （ ５） （ ６） 式（ ４）～ （ ６）中： 犆ｅｑ为设备购置费，万元； 犆Ｚ 为增容费，万元； 犘ｈｐ为单位铭牌制热量对应热泵价格，万元· ｋＷ－１ ； 犖ｈｐ为热泵铭牌制热量， ｋＷ ； 犘ｂ 为 单 位 铭 牌 制 热 量 对 应 的 辅 助 电 加 热 设 备 价 格，万 元 ·ｋＷ－１ ； 犖ｂ 为辅助电加热设备铭牌制热量， ｋＷ ； 犘ｅｚ为单 位 功 率 电 力 增 容 费，万 元 ·ｋＷ－１ ； 犠 ｈｐ 为 热 泵 机 组 铭 牌 输入功率， ｋＷ ； 犠ｅｂ为辅助电加热设备的铭牌输入功率， ｋＷ． 空气源热泵及辅助电加热复合采暖系统的年运行费用 犆 一般 包括系统 运行能 耗费 用、设备 折旧费 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 王洋涛，等：空气源热泵及辅助电加热地板辐射采暖系统耦合优化 ６６３ 和设备维修费 ３ 个部分，即 犆 ＝ 犆ｙｘ ＋犆ｚｊ ＋犆ｗｘ， 犆ｙｘ ＝ 犘ｅ（ 犠 Ｓ ＋ 犠 ＳＱ ）， 烌 （ ７） 烍 犓（ １－犼）， 犆ｚｊ ＝ 犆ｗｘ ＝ ０． ０１犓 ． 烎 犿 式（ ７）中： 犆ｙｘ为运行能耗费用，万元； 犆ｚｊ为设备折旧费，万元； 犆ｗｘ为设 备维 修费，万元； 犘ｅ 为电价，万元 · （ ｋＷ·ｈ）－１ ； 犠 Ｓ 为整个供暖季节 热 泵 机 组 耗 功 量， ｋＷ ·ｈ； 犠 ＳＱ 为 整 个 供 暖 季 节 辅 助 电 加 热 设 备 耗 功 ［ ２６］ 量， ｋＷ·ｈ； 犼 为预计净残值率，取 ４％ ．目前，我国尚无量化的空调 供暖系 统日常维 修费用 计算 方法， ［ ］ 为简化计算，维修费用按设备初投资的 ０． ０１２７ 计算 ． 从以上分析可知，单价能效系数的目标函数是众多变量的函数，但实际上，针对某一地区，当房间维 护结构特性、室内设计参数、供暖室外设计温度、热泵机 组的 特性、年 利 率、供 热 设 备 使 用 寿 命 年 限 和 预 计净残值率等确定后，单价能效系数只是空气源热泵 与辅助 电加热 不同 耦合方 式 的 单 值 函 数 ．对 式（ １） 求最大值，其对应的复合采暖系统的耦合方式即是单价能效系数最高的耦合方式 ． ２ 复合采暖系统仿真模型的构建 利用瞬时系统模拟 程 序 （ ＴＲＮＳＹＳ）构 建 复 合 采 暖 系 统 仿 真 模 型，模 型 采 用 模 块 化 的 动 态 模 拟 程 序 ．所有系统均由若干小模块组成，某一模块实现 特定的功 能 ．利用 ＴＲＮＳＹＳ 软 件 模 拟 分 析 时，只 要 调 用实现这些特定功能的模块，给定输入条件，就可以对系统进行模拟分析 ［２８］． ２． １ 复合采暖系统的物理模型 空气源热泵及辅助电加热复合采暖系统物理模型，如图 １ 所 示 ．图 １ 中：复 合 采 暖 系 统 主 要 由 热 泵 机组、辅助电加热设备、机组 侧水泵、水箱、用 户 侧 水 泵、 供暖用户组成 ．热泵机组和辅助电 加热 设 备串联 组 成 复 合采暖系统的热源 ．复合采暖系统 有空 气 源热泵 单 独 供 暖、空气源热泵与辅助电加热设备 联合 供 暖两种 供 暖 模 式 ．辅助电加热设备的主要作用是 保证 供 暖系统 的 稳 定 性，当逐时热负 荷 较 大 时，空 气 源 热 泵 机 组 单 独 供 暖 无 法满足供暖用户 的 热 量 需 求，此 时，需 要 启 动 辅 助 电 加 热设备进行联合供暖 ． ２． ２ 复合采暖系统的仿真模型 基于 ＴＲＮＳＹＳ 软件，根据复合采 暖系 统 物理 模 型， 建立空气源热泵 及 辅 助 电 加 热 复 合 采 暖 系 统 的 仿 真 模 图 １ 复合采暖系统物理模型 Ｆ ｉ １ Ｐｈｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌｍｏｄｅ ｌｏ ｆｃ ｏｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｓｙ ｓ ｔ ｅｍ ｇ． 型，模型应用的各部件型号，如表 １ 所示 ． 表 １ ＴＲＮＳＹＳ 仿真模型中主要部件明细 Ｔａｂ． １ Ｄｅ ｔ ａ ｉ ｌｏ ｆｍａ ｉ ｎｃ ｏｍｐｏｎｅｎ ｔ ｓｉ ｎＴＲＮＳＹＳｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｍｏｄｅ ｌ 系统部件 部件型号 数据读取器 测试参数 Ｔｙｐｅ ９ 不同地区气象参数、不同建筑逐时热负荷 空气源热泵热水机组 Ｔｙｐｅ ９４１ 空气源热泵热水机组额定制热量、额定耗功率 辅助电加热 Ｔｙｐｅ ６５９ 辅助电加热设备额定耗功率 储热水箱 Ｔｙｐｅ ４ｃ 水箱体积 末端用户 Ｔｙｐｅ ６８２ 添加系统指定负载以计算出口流体 时间控制器 Ｔｙｐｅ １４ｈ 系统运行时间 水泵 Ｔｙｐｅ １１４ 水泵质量流量、扬程 温差控制器 Ｔｙｐｅ ２ｂ 温差控制上限和下限 通过 Ｔｙｐｅ ９ 将建筑所在地区的典型气象年逐时气象数据和建筑 逐时热 负荷导 入模 型中，空 气源热 泵的启停由机组侧回水温度和运行时间共同控制 ．当机 组侧 回水温 度低于 设 定 下 限 值 并 处 于 系 统 运 行 时间范围内时，热泵开启；当回水温度高于设定上限值或处于系统运行时间范围外时，热泵关闭 ．在热泵 开启的同时，如果热泵制热量低于建筑逐时热负荷，开启辅助电加热设备 ．在系统仿真模型中，回水温度 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６６４ ２０１９ 年 由 Ｔｙｐｅ ２ｂ 温差控制器控制，运行时间由 Ｔｙｐｅ １４ｈ 时间控 制 器 控 制 ．将 制 热 季 节 性 能 系 数、动 态 费 用 年 值和单价能效系数的数学模型编入系统仿真模型中，输入空气源热泵和辅助电加热设备机组相关参数、 价格、地区电力增容费、电价，系统运行时间等相关参数，最终得到复合采暖系统仿真模型，如图 ２ 所示 ． 图 ２ 复合采暖系统仿真模型 Ｆ ｉ ２ Ｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｍｏｄｅ ｌｏ ｆｃ ｏｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｓｙ ｓ ｔ ｅｍ ｇ． ３ 复合采暖系统仿真模型的验证 ３． １ 实验概况及方法 室外气象参数，如图 ３ 所示 ．图３ 中： 犎 为湿度（相对湿 度）； 狋 为 时 间 ．在 实 验 室 建 立 空 气 源 热 泵 及 辅 助 θ 为温度； 电加热复合采暖系统，以验证仿真模型的准确性 ．实验建 筑 面积为 １５３ｍ２ ，供暖热负荷为 ６． ３ｋＷ ，房间设定温度为 ２０ ℃．选用 ＮＥ?Ｃ３ＢＺ ?Ｂ２ 型空气源热泵机组，机组额定制热 量 为 ５． ３９ｋＷ，额定 功 率 为 ２． ３ｋＷ ，辅 助电 加热设 备 额定功 图 ３ 室外气象参数 率为 １ｋＷ．室内外气象参数采用 ＥＴＨ?Ｐ 型 环 境 试 验 设 备 Ｆ ｉ ３ Ｏｕ ｔ ｄｏｏ ｒｗｅ ａ ｔ ｈｅ ｒｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｇ． 智能多路巡检仪进行测量，其温度误 差为 ±０． ２ ℃ ，湿 度 误 差为 ±５％．空气 源 热 泵 与 辅 助 电 加 热 耗 电 量 均 采 用 电 子 式 单 相 表 测 量，复 合 采 暖 系 统 供 热 量 采 用 ＪＱＣＲ? ２０ 型超声波热量表（ ２ 级精度）测量，实验时间为 ２０１８ 年 １２ 月 ２４ 日 －２０１９ 年 １ 月 ２ 日 ． ３． ２ 实验数据及误差分析 需要验证的参数为复合采暖系统的空气源热泵功率、辅 助电 加 热 功 率、复 合 采 暖 系 统 供 热 量 ．复 合 系统的能耗（ 犙），如图 ４ 所示 ．复合采暖系统供热量（ 犘）的实验值与模拟值，如图 ５ 所示 ． 图 ４ 复合系统能耗 图 ５ 复合系统供热量 Ｆ ｉ ４ Ｅｎｅ ｒ ｏｎｓｕｍｐ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｃ ｏｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅｓｙ ｓ ｔ ｅｍ ｇ． ｇｙｃ Ｆ ｉ ５ Ｈｅ ａ ｔｏ ｆｃ ｏｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅｓｙ ｓ ｔ ｅｍ ｇ． 由图 ４， ５ 可知：空气源热泵及辅助电加热复合采暖系统的 能耗和 供 热 量 的 模 拟 数 据 与 实 验 数 据 存 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 王洋涛，等：空气源热泵及辅助电加热地板辐射采暖系统耦合优化 ６６５ 在一定误差，这 是测 试 过程本身及模型中的 某 些假设 条件 造成的，但 最大误差 均不超 过 ９． ２％ ，且在 允 许范围内，验证了复合采暖系统仿真模型的准确性 ． ４ 算例分析 ４． １ 项目概况 以山西省太原市某住宅楼为例，总供暖面积为 １２００ｍ２ ，热负荷为 ４５． ８４ｋＷ，建筑 为 ６ 层，层高为 ３ｍ，总高度为 １８ｍ，室内采用地板辐射采暖系统 ．太原市整个供暖季（ １１ 月 １ 日至次年 ３ 月 ３１ 日，共 ５ 个月）全天 ２４ｈ 不间断地供暖，根 据 ＪＧＪ１４２－２０１２《辐 射 供 暖 供 冷 技 术 规 程》［２９］，设 置 供 水 温 度 为 ３５ ℃．不同品牌的设备价格差别较大，对空气源热泵机组和辅助电加热设备取平均价格，分别为 ３０００， ６４９ －１ －１ －１ 元·ｋＷ ．太原地区电力增容费取 １０００ 元·ｋＷ ，电价为 ０． ４８７ 元·（ ｋＷ·ｈ） ． ４． ２ 复合采暖系统不同耦合方式的设备选型 供暖室外，在计算温度为 －１０． １ ℃ 的条件下，建筑热负荷为 ４５． ８４ｋＷ ，空气源热泵分别按占比（ γ） ０％ ， １５％ ， ３０％ ， ４５％ ， ６０％ ， ７５％ ， ９０％ ， １００％ 承担热负 荷，辅 助 电 加 热 设 备 承 担 剩 余 热 负 荷，并 进 行 ８ 组运行工况的模拟 ．复合采暖系统不同耦合方式的设备选型，如表 ２ 所示 ． 表 ２ 复合采暖系统不同耦合方式的设备选型 Ｔａｂ． ２ Ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｃ ｏｕｐ ｌ ｉ ｎｇ ｍｏｄｅｅ ｉ ｔｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｃ ｏｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｓｙ ｓ ｔ ｅｍ ｑｕ ｐｍｅｎ 设备 γ 参数 热泵机组 ｋＷ ０％ １５％ ３０％ ４５％ ６０％ ７５％ ９０％ １００％ 额定制热量 ０ ６． ８０ １３． ７０ ２０． ６０ ２７． ５０ ３４． ４０ ４１． ２０ ４５． ８４ 额定耗功率 ０ ２． ９０ ５． ８０ ８． ７０ １１． ７０ １４． ６０ １７． ５０ １９． ５０ 功率 ４５． ８４ ３９． ０４ ３２． １４ ２５． ２４ １８． ３４ １１． ４６ ４． ６４ ０ 辅助电加热 ４． ３ 复合采暖系统耦合方式的节能性与经济性分析 ４． ３． １ 复合采暖系统节能性分析 在整个供暖季，空气源热泵及辅助电加热复合采暖系统在不同耦合 方式下的系统运行能耗，如表 ３ 所示 ． 表 ３ 复合采暖系统不同耦合方式的能耗 Ｔａｂ． ３ Ｅｎｅ ｒ ｏｎｓｕｍｐ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｃ ｏｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｓｙ ｓ ｔ ｅｍ ｗｉ ｔ ｈｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｃ ｏｕｐ ｌ ｉ ｎｇ ｍｏｄｅ ｓ ｇｙｃ ｋＷ·ｈ γ 参数 ０％ １５％ ３０％ ４５％ ６０％ ７５％ ９０％ １００％ 辅助电加热能耗 ４７２８９ ３１２３０ １５６７１ ４３２１ ９３１ ４０２ １３１ ０ 空气源热泵能耗 ０ ５６６５ １０７００ １３９１８ １４７０９ １５１０２ １５３６０ １５４６８ 系统总能耗 ４７２８９ ３６８９５ ２６３７１ １８２３９ １５６４０ １５５０４ １５４９１ １５４６８ ０． ９９ １． ２５ １． ７０ ２． ３５ ２． ６８ ２． ６９ ２． ７０ ２． ７１ ζ ＨＳＰＦ 由表 ３ 可知：随着空气源热泵机组在供暖系统中所占比例的增加，复合采暖系统制热季节性能系数 逐渐升高；当空气源热泵机组占整个供暖设计热负 荷 的 １００％ 时，系 统 的 制 热 季 节 性 能 系 数ζＨＳＰＦ 最 高 ． 这是由于同一建筑物的供热量相同，而 相 较 于 电 加 热 设 备，空 气 源 热 泵 机 组 是 一 种 高 能 效 比 的 供 热 设 备，随着空气源热泵机组占比的不断增加，系统总能耗逐渐降低 ． ４． ３． ２ 复合采暖系统经济性分析 复合采暖系统不同耦合方式的动态费用年值，如表 ４ 所示 ． 表 ４ 复合采暖系统不同耦合方式的动态费用年值 Ｔａｂ． ４ Ｄｙｎａｍｉ ｃｃ ｏ ｓ ｔａｎｎｕａ ｌｖａ ｌ ｕｅｏ ｆｃ ｏｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅｈｅ ａ ｔ ｉ ｎｇｓｙ ｓ ｔ ｅｍ ｗｉ ｔ ｈｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｃ ｏｕｐ ｌ ｉ ｎｇ ｍｏｄｅ ｓ 万元 γ 参数 ０％ １５％ ３０％ ４５％ ６０％ ７５％ ９０％ １００％ 系统初投资 ７． ５６ ８． ７６ ９． ９９ １１． ２１ １２． ４４ １３． ６６ １４． ８７ １５． ７０ 年运行费用 ２． ８６ ２． ４４ ２． ０２ １． ７１ １． ６８ １． ７６ １． ８５ １． ９１ 动态费用年值 ３． ６４ ３． ３４ ３． ０５ ２． ８７ ２． ９６ ３． １７ ３． ３８ ３． ５３ 由表 ４ 可知：空气源热泵机组较电加热设备初期投资大，随着空气源热泵机组在整个复合采暖系统 中所占比例的逐渐增加，系统初投资不断增大；空气源热泵较辅助电加热设备更加节能，用电量更小；由 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６６６ ２０１９ 年 于折旧费和维修费与系统初投资有关，随着热泵所占 比例的 不断增 加，系 统 折 旧 费 和 维 修 费 逐 渐 增 加； 年运行费用随着热泵占比的增加，呈现先减小后增大的趋势；随着空气源热泵机组在采暖系统中所占比 例的增加，动态费用年值呈现先减小，后增大的趋势，当空气源热泵机 组占整 个供暖设 计热负 荷的 ４５％ 时，系统的动态费用年值最小，经济性最好 ． ４． ４ 基于单价能效系数的复合采暖系统耦合方式分析 根据式（ １）计算太原地区住宅空气源热泵及辅助电 加热 复合采 暖系统 不 同 耦 合 方 式 的 单 价 能 效 系 数，结果如图 ６ 所示 ． 由图 ６ 可知：对于 太 原 地 区 住 宅 的 空 气 源 热 泵 及 辅 助 电加热复合采暖系统，通 过 单 价 能 效 系 数 对 复 合 采 暖 系 统 进行评价，当 空 气 源 热 泵 机 组 占 整 个 供 暖 设 计 热 负 荷 的 ６０％ 时，系统单价能效系数最高，即在相同价格情 况下的节 能效果最好，性价比最高 ． 由表３， ４ 和图 ６ 可知：当热泵占比γ 为 ６０％ 时，系统单 价能效系 数 高 于 热 泵 占 比 为 １００％ （系 统 节 能 性 最 好 ）和 ４５％ （系统经济性最好）时 的 系 统 单 价 能 效 系 数，这 是 由 于 热泵占比为６０％ 时系统的ζＨＳＰＦ 略低于热泵占比为１００％ 时 的ζＨＳＰＦ ，节能性 相 差 不 大，但 其 动 态 费 用 年 值 远 远 低 于 占 比为 １００％ 时的动态费用年值，经 济 性 优 势 较 为 明 显；系 统 图 ６ 不同耦合方式系统单价能效系数 Ｆ ｉ ６ Ｕｎ ｉ ｔｐ ｒ ｉ ｃ ｅｅｎｅ ｒ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎｃｙｃ ｏｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔ ｇ． ｇｙｅ ｏ ｆｓｙ ｓ ｔ ｅｍｉ ｎｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｃ ｏｕｐ ｌ ｉ ｎｇ ｍｏｄｅ ｓ 动态费用年值略高于热泵占比为 ４５％ 时的动态费用年 值，经 济 性 相 差 不 大，但 其ζＨＳＰＦ 高 于 热 泵 占 比 为 ４５％ 时的ζＨＳＰＦ ，节能优势较为明显 ．因此，利用单价能效系数优化复合 采暖系 统耦 合方式兼 具节能 性与 经济性，对于复合采暖系统耦合方式的选择较有指导意义 ． ５ 结论 １）从节能性和经济性两方面综合考虑，提出单价能效系数的概念，根据系统单价 能效 系数，选择空 气源热泵及辅助电加热复合采暖系统，可使系统在相同价格情况下节能效果最好，性价比最高 ． ２）以太原地区住宅为例，利用 ＴＲＮＳＹＳ 搭建的空气源热泵及辅助电加热复合采暖系 统仿真模型， 综合分析符合采暖系统的节能性和经济性 ．结果表明：当空气源热 泵占供热 设计热负 荷的 ６０％ ，辅助电 加热设备占 ４０％ 时，系统单价能效系数最高；空气源热泵占比为 ６０％ 时耦合方 式的ζＨＳＰＦ 仅 低于 空气源 热泵占比为 １００％ （系统节能性最好）时的 １％ ，但其动态费用年值 却低 于后者的 １６％ ；空气 源热 泵占比 为 ６０％ 时耦合方式的动态费用 年 值 仅 高 于 空 气 源 热 泵 占 比 为 ４５％ （系 统 经 济 性 最 好）时 的 ３％ ，但 其 ζＨＳＰＦ 却高于后者的 １４％． 参考文献： ［ １］ 清华大学建筑节能研究中心 ．中国建筑节能年度发展研究报告 ２０１７［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社， ２０１７． ［ ２］ 王子介 ．低温辐射供暖与辐射供冷［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２００４． ［ ３］ ＳＴＡＲＫＳ， ＬＯＯＳＥ Ａ， ＤＲＣＫ Ｈ． Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄｔ ｅ ｓ ｔｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｆ ｒ ｏｍｃ ｏｍｂ ｉ ｎｅｄｓ ｏ ｌ ａ ｒｔ ｈｅ ｒｍａ ｌａｎｄａ ｉ ｒ ｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅｈｅ ａ ｔｐｕｍｐｓｙ ｓ ｔ ｅｍｓ ? ｗｉ ｔ ｈａｓｐｅ ｃ ｉ ａ ｌｆ ｏ ｃｕｓｏｎｄｅ ｆ ｒ ｏ ｓ ｔ ｉ ｎｇ［ Ｊ］． Ｅｎｅ ｒ ｏ ｃ ｅｄ ｉ ａ， ２０１４， ４８： ６５４ ６６３． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｅｇｙｐ ｒ ｏ． ２０１４． ０２． ０７６． ? ｊ． ｇｙＰｒ ［ ４］ 杜彦，田琦，杨晋明，等 ．空气源热泵直接地板辐射 供 暖 系 统 优 化 运 行 方 式 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版）， ２０１５， ３６（ ２）： １９９ ２０４． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１５． ０２． ０１９９． ? ? ［ ５］ 黎珍，田琦，董旭 ．太原 地 区 太 阳 能 耦 合 空 气 源 热 泵 一 体 化 热 水 系 统 性 能 分 析 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１７， ３８（ ５）： ６７０ ６７５． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１６１２０１４． ? ? ［ ６］ 林辩启，罗会龙，王浩，等 ．热泵辅助供热太阳能热 水 系 统 运 行 模 式 对 比 分 析 ［ Ｊ］．制 冷 与 空 调 （四 川）， ２０１５， ２９（ ６）： ７０６ ７１０． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １６７１ ６６１２． ２０１５． ０６． ０２０． ? ? ｊ． ［ ｉ ｓ ｓｎ． ７］ 王子介 ．空气源热泵 用 于 住 宅 地 板 辐 射 供 暖 的 实 测 研 究 ［ Ｊ］．暖 通 空 调， ２００３， ３３（ １）： ９?１４． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｊ． １００２ ８５０１． ２００３． ０１． ００４． ? ［ ８］ 陈晓宁，李万勇，张成全，等 ．低温环境下户式变频空气源热泵地板辐射采暖系统性能测 试 及 分 析［ Ｊ］．太 阳 能 学 报， 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 王洋涛，等：空气源热泵及辅助电加热地板辐射采暖系统耦合优化 ６６７ ２０１８， ３９（ １）： ５７ ６３． ? ［ ９］ 丁强，邢长新，江爱朋，等 ．热 泵 供 暖 系 统 动 态 操 作 节 能 优 化 ［ Ｊ］．化 工 学 报， ２０１５， ６： ２１６６?２１７３． ＤＯＩ： １０． １１９４９／ ｊ． １１５７． ２０１４１７６３． ｉ ｓ ｓｎ． ０４３８ ? ［ １０］ 杜海存，叶茂杰，戴源德 ．太阳能?空 气 源 热 泵 直 接 地 板 辐 射 采 暖 系 统 的 实 验 研 究 ［ Ｊ］．科 学 技 术 与 工 程， ２０１６， １６ （ ２０）： ２７５ ２７９． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １６７１ １８１５． ２０１６． ２０． ０５０． ? ? ｊ． ［ １１］ 李元哲，于涛，陈天侠 ．空气源热泵地板供暖系统在 北 方 寒 冷 地 区 应 用 的 节 能 性 与 适 用 性 ［ Ｊ］．暖 通 空 调， ２０１２， ４２ （ ｉ ｓ ｓｎ． １００２ ２）： ６２ ６５． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ８５０１． ２０１２． ０２． ０１４． ? ? ｊ． ［ １２］ 许可，王树刚，蒋爽，等 ．空气源热泵用于低温 热 水 地 板 辐 射 供 暖 系 统 的 模 拟 研 究 ［ Ｊ］．制 冷 技 术， ２０１４， ３４（ １）： １２ ? ｉ ｓ ｓｎ． ２０９５ １７． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ４４６８． ２０１４． ０１． １０３． ? ｊ． ［ １３］ 肖益民，付祥钊 ．户式空气源热泵地板供暖系统 实 测 分 析［ Ｊ］．湖 南 大 学 学 报 （自 然 科 学 版）， ２００９， ３６（增 刊 ２）： １４ ? １８． ［ １４］ 曾章传，吴锦京，魏新利 ．空气源热泵直接地板辐射 采 暖 系 统 实 验 研 究 及 热 力 性 能 分 析 ［ Ｊ］．太 阳 能 学 报， ２０１１， ３２ （ ８）： １１５１ １１５７． ? ［ １５］ 吴锦京 ．空气源热泵直接地板辐射采暖热舒适及经济性研究［ Ｄ］．郑州：郑州大学， ２０１０． ［ １６］ 马云，蔺洁，陈超，等 ．热水地面辐射供暖系统热响应特性实验研究［ Ｊ］．暖通空调， ２０１６， ４６（ １２）： １２５ １３１． ? ［ １７］ 闫全英，王小，阮振邦 ．预制轻薄相变复合供暖地板的构造与研究［ Ｊ］．建 筑 节 能， ２０１４， ４２（ １１）： ４ ７． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ? ７２３７． ２０１４． １１． ０４． ｉ ｓ ｓｎ． １６７３ ? ｊ． ［ １８］ 刘成林，杨昌智 ．低温地板辐射采暖系统中辐射板布置方式的优化［ Ｊ］．节 能 技 术， ２００４， ２２（ ２）： ６ ８． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ? ６３３９． ２００４． ０２． ００２． ｉ ｓ ｓｎ． １００２ ? ｊ． ［ １９］ 姜益强，姚杨，马最良 ．空气源热泵供热最佳经济平衡点的探讨［ Ｊ］．暖通空调， ２００１， ３１（ ３）： ３９ ４１． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ? ｊ． ｉ ｓ ｓｎ． １００２ ８５０１． ２００１． ０３． ０１３． ? ［ ２０］ 姜益强，姚杨，马最良 ．空 气 源 热 泵 冷 热 水 机 组 供 热 最 佳 能 量 平 衡 点 的 研 究 ［ Ｊ］．哈 尔 滨 建 筑 大 学 学 报， ２００１， ３４ （ ３）： ８３ ８７． ? ［ ２１］ 王绍瑞 ．基于空气源热泵系统的低谷电辅助热源的应用［ Ｊ］．暖通空调， ２０１６， ４６（ ７）： ６ ９， ５． ? ［ ２２］ 蒋能照 ．空调用热泵技术及应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社， １９９７． ［ ２３］ 杜彦 ．空气源热泵直接地板辐射供暖系统运行方式及经济性研究［ Ｄ］．太原：太原理工大学， ２０１５． ［ ２４］ 龙惟定，范存养 ．上海地区使用风冷热泵冷热水机组的经济性分析［ Ｊ］．暖通空调， １９９５， ２５（ ５）： ３ ７． ? ［ ２５］ 吴添祖，虞晓芬，龚建立 ．技术经济学概论［Ｍ］．北京：高等教育出版社， ２０１０． ［ ２６］ 杨庆，侯军霞，高 孟 理，等 ．空 气 源 热 泵 辅 助 建 筑 一 体 化 太 阳 能 热 水 系 统 的 经 济 性 分 析 ［ Ｊ］．给 水 排 水， ２００７， ３３ （ １１）： １９３ １９６． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｉ ｓ ｓｎ． １００２ ８４７１． ２００７． １１． ０５４． ? ? ｊ． ［ ２７］ 李哲，田琦，郭卫强 ．华北地区空气源热泵无水地 板 采 暖 系 统 节 能 经 济 性 研 究 ［ Ｊ］．科 学 技 术 与 工 程， ２０１４， １４（ ２）： ｉ ｓ ｓｎ． １６７１ ２２８ ２３２． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ １８１５． ２０１４． ０２． ０５２． ? ? ｊ． ［ ２８］ 蔡颖玲，张华，徐辉，等 ．基于 ＴＲＮＳＹＳ 的岩土热响应测试及影响因素分析［ Ｊ］．暖通空调， ２０１６， ４６（ ９）： １３５ １４０． ? ［ ２９］ 中国建筑科学研究院 ．辐射供暖供冷技术规程：ＪＧＪ１４２－２０１２［ Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社， ２０１２． （责任编辑：陈志贤 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：刘源岗） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１９０５０２９ ? 深度学习下的高效单幅图像 超分辨率重建方法 邱德府１，２，郑力新１，２，谢炜芳１，２，朱建清１，２ （ １．华侨大学 工学院，福建 泉州 ３６２０２１； ２．华侨大学 工业智能化技术与系统福建省高校工程研究中心，福建 泉州 ３６２０２１） 摘要： 提出一种基于深度学习的高效单幅图像超分辨率 重 建 方 法，增 加 一 个 亚 像 素 卷 积 层 和 一 个 替 换 的 级 联卷积，即设计一个具有合适深度的卷积神经网络，以保证图像的重建质量，并采用级联小卷积核提高运行速 度 ．在标准的公共数据集上进行实验测试，结果表明：与亚像素卷积神 经 网 络（ ＥＳＰＣＮ）算 法 相 比，所 提 算 法 重 建的高分辨率图像的质量和速度皆显著提高；将其应用于 实 际 项 目 中，可 端 到 端 地 重 建 低 分 辨 率 服 装 风 格 图 像，获得高分辨率图像 ． 关键词： 深度学习；超分辨率重建；卷积神经网络；亚像素卷积；风格转移 中图分类号： ＴＰ３９１ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６６８ ０６ ? ? ? 犈犳 犳 犻 犮 犻 犲 狀 狋犛 犻 狀犵 犾 犲犐犿犪 犲犛狌狆犲 狉 狊 狅 犾 狌 狋 犻 狅狀犚犲 犮 狅狀 狊 狋 狉 狌 犮 狋 犻 狅狀 ?犚犲 犵 犕犲 狋 犺狅犱犝狀犱 犲 狉犇犲 犲 犪 狉 狀 犻 狀犵 狆犔犲 ， ， ， ， ＱＩＵ Ｄｅ ｆ ｕ１ ２，ＺＨＥＮＧＬ ｉ ｘ ｉ ｎ１ ２，ＸＩＥ Ｗｅ ｉ ｆ ａｎｇ１ ２，ＺＨＵＪ ｉ ａｎｑ ｉ ｎｇ１ ２ （ １．Ｃｏ ｌ ｌ ｅｇｅｏ ｆＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ｎａ； ｙ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ３６２０２１，Ｃｈ ２．Ｉ ｎｄｕｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌＩ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｅａｎｄＳｙｓ ｔ ｅｍ Ｆｕ ｉ ａｎＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇＲｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈＣｅｎ ｔ ｅ ｒ， ｇｅｎｃ ｊ ｙＥｎｇ Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ｎａ） ｙ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ３６２０２１，Ｃｈ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ａｎｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅｎ ｔｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅ ｉｍａｇｅｓｕｐｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎ ｍｅ ｔ ｈｏｄｂａ ｓ ｅｄｏｎｄｅ ｅｐｌ ｅ ａ ｒ ｎ ｉ ｎｇｉ ｓｐ ｒ ｏ  ? ?ｒ ｉ ｘｅ ｌｃ ｏｎｖｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｌ ａｙｅ ｒａｎｄａｒ ｅｐ ｌ ａ ｃ ｅｍｅｎ ｔｃ ｏｎｃ ａ ｔ ｅｎａ ｔ ｅｄｃ ｏｎｖｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎａ ｒ ｅａｄｄｅｄｔ ｏｄｅ ｓ ｉ ｏｎｖｏ  ｓ ｅｄ．Ａｓｕｂ ?ｐ ｇｎａｃ ｐｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎａ ｌｎｅｕ ｒ ａ ｌｎｅ ｔｗｏ ｒ ｋｗｉ ｔ ｈａｐｐ ｒ ｏｐ ｒ ｉ ａ ｔ ｅｄｅｐ ｔ ｈｔ ｏｅｎｓｕ ｒ ｅｉｍａｇｅｒ ｅ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｑｕａ ｌ ｉ ｔ ｅｃ ａ ｓ ｃ ａｄｅｄｓｍａ ｌ ｌ ｙ．Ａｎｄｕｓ ｃ ｏｎｖｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｋｅ ｒ ｎｅ ｌｔ ｏｅｎｈａｎｃ ｅｔ ｈｅｒ ｕｎｎ ｉ ｎｇｓｐｅ ｅｄ．Ｔｈｅｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｔ ｈａ ｔｔ ｈｅｑｕａ ｌ ｉ ｔ ｅｄｏ ｆｈ ｉ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ  ? ｙａｎｄｓｐｅ ｇｈ ｔ ｉ ｏｎｉｍａｇｅ ｓｒ ｅ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｅｄｂｙｔ ｈｅｐ ｒ ｏｐｏ ｓ ｅｄａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍａ ｒ ｅｓ ｉ ｉ ｆ ｉ ｃ ａｎ ｔ ｌ ｒ ｏｖｅｄｃ ｏｍｐａ ｒ ｅｄｔ ｏｓｕｂ ｉ ｘｅ ｌｃ ｏｎｖｏ ｌ ｕ  ?ｐ ｇｏ ｇｎ ｙｉｍｐ ｔ ｉ ｏｎａ ｌｎｅｕ ｒ ａ ｌｎｅ ｔｗｏ ｒ ｋｓ （ ＥＳＰＣＮ）ａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍ．Ｕｓ ｉ ｎｇｔ ｈｅｐ ｒ ｏｐｏ ｓ ｅｄｍｅ ｔ ｈｏｄｉ ｎｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌｐ ｒ ｏ ｅ ｃ ｔ ｓ，ｗｅｃ ａｎａ ｃｈ ｉ ｅ ｖｅ ｇｏ ｊ ｅｎｄ ｔ ｏ ｅｎｄｒ ｅ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｌ ｏｗ? ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｃ ｌ ｏ ｔ ｈ ｉ ｎｇｓ ｔ ｌ ｅｉｍａｇｅ ｓ，ａｎｄｏｂ ｔ ａ ｉ ｎｈ ｉ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｉｍａｇｅ ｓ． ? ? ? ｙ ｇｈ 犓犲 狉 犱 狊： ｄｅ ｅｐｌ ｅ ａ ｒ ｎ ｉ ｎｇ；ｓｕｐｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎ；ｃ ｏｎｖｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎａ ｌｎｅｕ ｒ ａ ｌｎｅ ｔｗｏ ｒ ｋｓ；ｓｕｂ ｉ ｘｅ ｌｃ ｏｎｖｏ ｌ ｕ  ? ?ｐ 狔狑狅 ｔ ｉ ｏｎ；ｓ ｔ ｌ ｅｔ ｒ ａｎｓ ｆ ｅ ｒ ｙ 服装常被喻为“人类的第二层皮肤”，人们对服装的 要求逐 渐出现个 性 化、定 制 化 的 趋 势，但 服 装 企 收稿日期： ２０１９ ０５ １６ ? ? 通信作者： 郑力新（ １９６７ Ｅ?ｍａ ｉ ｌ： ｚ ｌ ｘ＠ ?），男，教授，博士，主要从事运动控制、机 器 视 觉、图 像 处 理 与 模 式 识 别 的 研 究 ． ｈｑｕ． ｅｄｕ． ｃｎ． 基金项目： 福建省泉州市高层次人才创新创业项目（ ２０１７Ｇ０３６）；国家自然科学基金青年基 金 资 助 项 目（ ６１６０２１９１）； 福建省厦 门 市 科 技 计 划 项 目 （ ３５０２Ｚ２０１７３０４５）；华 侨 大 学 研 究 生 科 研 创 新 能 力 培 育 计 划 资 助 项 目 （ １７０１４０８４０１０） 第５期 邱德府，等：深度学习下的高效单幅图像超分辨率重建方法 ６６９ 业由于资金与技术等问题，常局限于固定的服装款式 设计，无法满 足消 费 者 个 性 化 的 需 求 ．随 着 深 度 学 习在各个领域的广泛运用，风格转移在服装款式方面 也得到 应用，但目 前 面 临 的 困 境 是，服 装 新 款 式 照 片截图保存后的图像不够清晰，因此，需要通过超分辨率 重建技术 提高 图 像 的 清 晰 度 ．图 像 超 分 辨 率 重 建技术（ ＳＲ）是图像复 原 的 重 要 部 分，其 将 低 分 辨 率 （ ＬＲ）图 像 进 行 重 建，从 而 得 到 高 分 辨 率 （ＨＲ）图 ［ １］ 像 ．低分辨率图像转换为高分辨率图像有许多实现 途径，图 像 超 分 辨 率 重 建 的 方 法 主 要 有 基 于 插 值、 基于重建和基于学习 ３ 种类型 ［２１１］．本文基于三层卷积层 ［１２］、亚像素卷积层 ［１３］和极 深网络 ［１４１５］，提出一 种高效单幅图像超分辨率重建算法 ． １ 高效单幅图像超分辨率重建方法 １． １ 总体框架 文中算法的结构框架，如图 １ 所示 ．由图 １ 可知：算法的结构框架主 要由隐藏 层和亚 像素 卷积层 ［１３］ 组成 ．文中算法的各层参数细节，如表 １ 所示 ． 图 １ 文中算法的结构框架 Ｆ ｉ １ Ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌｆ ｒ ａｍｅｗｏ ｒ ｋｏ ｆｔ ｈ ｉ ｓｐａｐｅ ｒａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍ ｇ． ｇｏ １． ２ 重建质量的改进 为了提高 重 建 质 量，在 隐 藏 层 中 加 入 １×１＋３×３＋１×３＋３×１ 的 级 联 卷 积 核， 称为 ｓｍａ ｒ ｔ ｎｅ ｔｗｏ ｒｋ，且 不 采 用 池 化 层，直 接输入低分 辨 率 图 像 ．这 是 因 为 池 化 层 会 使低分辨率 图 像 的 特 征 点 减 少，影 响 重 建 表 １ 文中算法的各层参数细节 Ｔａｂ． １ Ｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓｏ ｆｅ ａ ｃｈｌ ａｙｅ ｒｏ ｆｔ ｈ ｉ ｓｐａｐｅ ｒａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍ ｇｏ 项目 参数细节 卷积层 １ ３×３×６４（正切函数） （ １×１＋３×３＋１×３＋３×１）×３２（余切函数） 级联层 ２ 卷积层 ３ 损失函数 ３×３×９（正切函数） 欧式距离损失函数 后图像的质量 ． 分析超分辨率重建卷积神经网络（ ＳＲＣＮＮ） ９ ５ ５ 卷积核的设计时可知，第二层 ５×５ 的 卷积 核能够 ? ? 实现更好的特征映射，但用 １×１＋３×３＋１×３＋３×１ 的级联卷积核时，也可实现相同的特征映射效果 ． 实验证明，两个 ３×３［１６］的卷积核级联使用能够达到与 ５×５ 卷 积核 相同的接 收域，且 １×３＋３×１ 的 级 联卷积核等价于 ３×３ 卷积核的接收域 ．因此，在 ｓｍａ ｒ ｔ  ｎｅ ｔｗｏ ｒｋ 中， １×１＋３×３＋１×３＋３×１ 的级联卷 积核提取的感受野与亚像素卷积神经网络（ ＥＳＰＣＮ）算法 的 ５×５ 模 型 相 同 ．此 外， ４个级联卷积核的加 入加深了网络深度，网络结构可学习到更多特征，从而大幅提高图像的重建质量 ． １． ３ 重建速度的改进 在传统的超分辨率重 建 算 法 中，研 究 者 一 贯 重 视 超 分 辨 率 重 建 质 量 的 提 高，却 忽 略 了 重 建 时 间 ． ［ ］ Ｄｏｎｇ 等 １２ 提出的 ＳＲＣＮＮ 算法，打破了传统算法只重视超分辨率重建质量的局限 ． 在 ｓｍａ ｒ ｔ ｎｅ ｔｗｏ ｒｋ 中，加入 １×１ 的卷积核，减 少 神 经 元 参 数，从 而 减 少 卷 积 运 算 的 计 算 量，大 幅 提 高网络的运行速度 ．同时，采用 ＲｅＬＵ 激活函数，提取非线 性特征，在运算过程中，只需 判断 输 入 信 息 是 否大于 ０，即可减少网络的计算量 ． 犖 －犓 ＋２犘 其中， 为时间复杂性； 时间复杂度公式为 犜＝犗（ 犖２ ·犓２ ·犉），卷积公式为 Ｏｕ ｔ ｔ＝ ． 犗 ｐｕ 犛＋１ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６７０ ２０１９ 年 犖 为输入图像的大小； 犜 为时间复杂度； 犓 为卷积核大小； 犉 为 过滤器的 数量； 犘 为边 界 扩 充，即 保 证 输 出图像与输入大小一致，在图像之间添加的额外 零 层； 犛 为 步 幅，即 卷 积 核 相 邻 两 次 扫 过 特 征 图 时 的 位 置距离 ．文中算法假定 犘＝０， 犛＝１． ＥＳＰＣＮ 算法（ ５×５ 模型）与 ｓｍａ ｒ ｔ ｎｅ ｔｗｏ ｒｋ 的比较，结果如表 ２ 所示 ．表 ２ 中： 犐 为上采样因子 ． 表 ２ ＥＳＰＣＮ 算法（ ５×５ 模型）与 ｓｍａ ｒ ｔ ｎｅ ｔｗｏ ｒ ｋ 的比较 Ｔａｂ． ２ Ｃｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｏ ｆＥＳＰＣＮａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍｓ （ ５×５ｍｏｄｅ ｌ）ａｎｄｓｍａ ｒ ｔ ｎｅ ｔｗｏ ｒ ｋ ｇｏ 项目 ＥＳＰＣＮ 算法（ ５×５ 模型） ｓｍａ ｒ ｔ ｎｅ ｔｗｏ ｒ ｋ（ １×１＋３×３＋１×３＋３×１） 时间复杂度 犗（ 犖２ × （ ５×５×６４））＝犗（ １６００×犖２ ） 犗（ 犖２ × （ １×１＋３×３＋１×３＋３×１）×３２）＝犗（ ５１２×犖２ ） 参数 ５×５＋１＝２６ １×１＋１＋３×３＋１＋１×３＋１＋３×１＋１＝２０ ３×犐× （ 犐－２）＋３（ 犐－２）×犐 计算量 ２ ２５（ 犐－４） 由表 ２ 可知： ｓｍａ ｒ ｔ ｎｅ ｔｗｏ ｒｋ 在质量 和 时 间 上 都 具 有 优 势 ．由 计 算 可 知，当 犐＞７ 时， ｓｍａ ｒ ｔ ｎｅ ｔｗｏ ｒｋ ［ ］ 在卷积乘法和加法两方面的计算量都少于 ＥＳＰＣＮ 模型 ．在卷积层的最后一层，应 用 Ｓｈ ｉ等 １３ 提 出的亚 像素卷积层，在网络输出层进行上采样操作，与 在 输 出 层 进 行 卷 积 操 作 的 ＳＲＣＮＮ［１２］网 络 相 比，亚 像 素 卷积层在训练和测试时都降低了复杂度和计算量 ． 在卷积层的最后一层，应用亚 像 素 卷 积 层 可 以 在 低 分 辨 率 空 间 中 卷 积 核 大 小 为 犳ｓ 的 不 同 滤 波 器 ２ 犠ｓ，激活模型的数量正好为 犚×犚（图 １），最多激 活［ 犳ｓ／犚］ 个 权 重 ．根 据 不 同 的 亚 像 素 位 置，图 像 上 卷 积期间，这些模式会被周期性地激活： ｍｏｄ（ 狓， 犚）， ｍｏｄ（ 犚）．其中， 狓， 狔， 狔 为 高分辨率 空间中 重 新 排 列 元 素的输出像素坐标，从而可以将 犎 ×犠 ×犆×犚２ 张量 的元素 替 换 为 形 状 犚犎 ×犚犠 ×犆 的 张 量，可 得 到 犚犎 ×犚犠 ×犆 的高分辨率图像 ．其中， 犎 为高； 犠 为宽； 犆 为通道数 ． ［ １２］ 与 ＳＲＣＮＮ 相比，亚像素卷积层通过低分辨率特 征 图，直 接 获 得 高 分 辨 率 图 像，输 出 层 实 施 上 采 样操作，减少输出层卷积上的时间，进而缩短重建时间 ［１７］． 在数学上，这个周期性混洗算子操作方式可描述为 犘犛（ 犜 ′） ′［狓／犚］，［狔／犚］，犆·犚·ｍｏｄ（狔，犚）＋犆·ｍｏｄ（狓，犚）． 狓， 犆 ＝犜 狔， 上式中： 狓， 犜 ′为周期 ． 狔 为 ＨＲ 空间中的输出像素坐标； ２ 实验结果与分析 ２． １ 系统配置 系统为 ６４ 位 Ｗｉ ｎｄｏｗｓ７，搭建 Ｃａ ｆ ｆ ｅ框架进行训 练，通 过 Ｍａ ｔ ｌ ａｂ 进 行 测 试 ．电 脑 硬 件 配 置 为 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ （ Ｒ）Ｃｏ ｒ ｅ（ ＴＭ）ｉ ７ ６７００ＣＰＵ＠３． ４０ＧＨｚ， ＮＶＩＤＩＡ ＧｅＦｏ ｒ ｃ ｅＧＴＸ１０５０Ｔｉ；软件配置为 ＣＵＤＡ Ｔｏｏ ｌ ｋ ｉ ｔ ? ｖ８． ０， Ａｎａ ｃｏｎｄａ２ 和 Ｍａ ｔ ｌ ａｂＲ２０１６ａ． 在超分辨率重建的算法中，重建质量一直是研究者追求的目标，故选用峰值信噪 比（ 犚ＰＳＮ ）对 重建图 像的性能进行分析，评价其重建质量的好坏 ．峰值信噪比是使用最广泛的一种客观评价指标，其值越大， 表示失真越小 ． ２． ２ 公共数据集上的测试 采用 ＢＳＤ５００， Ｓｅ ｔ ５， Ｓｅ ｔ １４ 公 共 数 据 集 进 行 实 验 测 试 ．文 中 算 法 与 Ｂ ｉ ｃｕｂ ｉ ｃ 算 法、 ＥＳＰＣＮ 算 法 的 比 较结果，如表 ３ 所示 ． 表 ３ 文中算法与 ＥＳＰＣＮ 算法、 Ｂ ｉ ｃｕｂ ｉ ｃ算法的比较 Ｔａｂ． ３ Ｃｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｂｅ ｔｗｅ ｅｎａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍｏ ｆｔ ｈ ｉ ｓｐａｐｅ ｒａｎｄＥＳＰＣＮａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍ，Ｂ ｉ ｃｕｂ ｉ ｃａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍ ｇｏ ｇｏ ｇｏ 数据集 放大倍数 Ｓｅ ｔ ５ ３ Ｂ ｉ ｃｕｂ ｉ ｃ算法 犚ＰＳＮ／ｄＢ ＥＳＰＣＮ 算法 文中算法 ＥＳＰＣＮ 算法 文中算法 ２４． ２３１ ２５． ３２５ ２８． ２１６ ０． ３６５ ０． ２０４ ／ｓ 狋 Ｓｅ ｔ １４ ３ ２２． ９５３ ２３． ６８１ ２６． ２２７ ０． ２３６ ０． ２１１ ＢＳＤ５００ ３ ２９． ０７５ ３１． ４２７ ３４． ２６４ ０． ２４１ ０． １７５ 重建算法在 Ｓｅ ｔ ５， Ｓｅ ｔ １４， ＢＳＤ５００ 数据集上的测试结果，如图 ２～４ 所示 ．图像超分辨率的重建过程， 如图 ５ 所示 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 邱德府，等：深度学习下的高效单幅图像超分辨率重建方法 （ ａ）原图 （ ｂ）Ｂ ｉ ｃｕｂ ｉ ｃ算法 （ ｃ）ＥＳＰＣＮ 算法 ６７１ （ ｄ）文中算法 图 ２ 在 Ｓｅ ｔ ５ 数据集上的重建结果 Ｆ ｉ ２ Ｒｅ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｏｎＳｅ ｔ ５ｄａ ｔ ａｓ ｅ ｔ ｇ． （ ａ）原图 （ ｂ）Ｂ ｉ ｃｕｂ ｉ ｃ算法 （ ｃ）ＥＳＰＣＮ 算法 （ ｄ）文中算法 图 ３ 在 Ｓｅ ｔ １４ 数据集上的重建结果 Ｆ ｉ ３ Ｒｅ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｏｎＳｅ ｔ １４ｄａ ｔ ａｓ ｅ ｔ ｇ． （ ａ）原图 （ ｂ）Ｂ ｉ ｃｕｂ ｉ ｃ算法 （ ｃ）ＥＳＰＣＮ 算法 （ ｄ）文中算法 图 ４ 在 ＢＳＤ５００ 数据集上的重建结果 Ｆ ｉ ４ Ｒｅ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｏｎＢＳＤ５００ｄａ ｔ ａｓ ｅ ｔ ｇ． （ ａ）原图 （ ｂ）卷积层 １ （ ｃ）级联层 ２ （ ｄ）卷积层 ３ （ ｅ）ＳＲ 图 ５ 图像超分辨率重建过程 Ｆ ｉ ５ Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓｏ ｆｉｍａｇｅｓｕｐｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎ ? ｇ． ２． ３ 算法的应用 在服装设计过程中，企业过于依赖设计师的灵感，而设计师的创新往往不能满足人们对服装新款式 的追求，特别是童装款式的设计，常常达不到儿童对美的理解 ．结合深度学习风格转移方法，通过所提的 超分辨率重建算法，重建低分辨率的童装款式照片，得到高分辨率图像，输入生成式对抗网络，完成童装 款式的风格转移，提供更多的童装风格设计款式，减少企 业 的生产 成本 ．童 装 款 式 风 格 转 移 主 要 有 以 下 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６７２ ２０１９ 年 ６ 个步骤 ． 步骤 １ 截取天猫网站的童装衬衫和短袖款式照片，各 ４０ 张 ． 步骤 ２ 将截取的低分辨率图像输入所提的超分辨率重建网络 ． 步骤 ３ 在 Ｐｙｃｈａ ｒｍ 软件上，用 ｔ ｅｎｓｏ ｒ ｆ ｌ ｏｗ 框架搭建 ＧＡＮ 网络模型 ． 步骤 ４ 用 数 据 集 ｍｏｎｅ ｔ ２ｐｈｏ ｔ ｏ， ｕｋ ｉ ２ｐｈｏ ｔ ｏ， ｖａｎｇｏｇｈ２ｐｈｏ ｔ ｏ， ｃ ｅ ｚ ａｎｎｅ ２ｐｈｏ ｔ ｏ 训 练 ＧＡＮ 网 络 模 ｙｏｅ 型 ．其中，训练集中莫奈、梵高、塞尚、浮世绘等艺术风格的数量分别为 １０７４， ４０１， ５８４， １４３３ 张，数据下 载于 Ｗｉ ｋ ｉ ａ ｒ ｔ；实景照片 ６８５３ 张，数据下载于 Ｆｌ ｉ ｃｋｒ． 步骤 ５ 得到重建后的图像，直接输入已构建好的 ＧＡＮ 网络 ． 步骤 ６ 完成童装款式的风格转移 ． 重建前童装款式风格转移过程，如图 ６ 所示 ．将网上截取的低分辨率（ １２８ｐｘ×１１５ｐｘ）的童 装原图 （图 ６（ ａ））和风格图（图 ６（ ｂ））输入生成对抗网络，得到童装新款 式生成图（图 ６（ ｃ））．重建后 童装 款式风 格转移过程，如图 ７ 所示 ．将低分辨率（ １２８ｐｘ×１１５ｐｘ）的 童 装 原 图 （图 ６（ ａ））和 风 格 图（图 ６（ ｂ））输 入 文中超分辨率重建算法，重建得到 ５１２ｐｘ×４６０ｐｘ 的童装清晰图（图 ７（ ａ））和风格清 晰图（图 ７（ ｂ）），再 输入生成对抗网络，得到童装新款式生成图（图 ７（ ｃ））．由图 ７ 可知：经 过超分 辨率 重建网络 重建后 的童 装风格转移取得一定的效果 ． （ ａ）原图 （ ｂ）风格图 （ ｃ）生成图 （ ａ）清晰图 （ ｂ）风格清晰图 （ ｃ）生成图 图 ６ 重建前童装款式风格转移过程 图 ７ 重建后童装款式风格转移过程 Ｆ ｉ ６ Ｓ ｔ ｌ ｅｓｈ ｉ ｆ ｔｏ ｆｃｈ ｉ ｌ ｄ ｒ ｅｎ ′ ｓｃ ｌ ｏ ｔ ｈ ｉ ｎｇ ｇ． ｙ Ｆ ｉ ７ Ｓ ｔ ｌ ｅｓｈ ｉ ｆ ｔｏ ｆｃｈ ｉ ｌ ｄ ｒ ｅｎ ′ ｓｃ ｌ ｏ ｔ ｈ ｉ ｎｇ ｇ． ｙ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓｂｅ ｆ ｏ ｒ ｅｒ ｅ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓａ ｆ ｔ ｅ ｒｒ ｅ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎ ｐ ３ 结束语 根据公共数据的测试结果可知，相较于 ＥＳＰＣＮ 算法，文中算法的重建时间快了 ６８ｍｓ，平均重建质 量提升了 ２． １２ｄＢ，表明文中算法在超 分 辨 率 重 建 的 质 量 和 速 度 上 都 具 有 优 势 ．在 工 程 实 际 应 用 中，图 像重建时间只需 ０． ２６ｓ，远小于 ＳＲＣＮＮ 算法重建的 ４． ３０ｓ．此 外，将 文 中 算 法 应 用 到 实 际 的 童 装 风 格 转移中，提高了童装款式风格转移的清晰度，可为童装设计提供更多的款式 ．然而，该算法也存在一些问 题，例如，在物体的纹理特征处理上无法更好地提取特征，在童装风格转移上的效果不够稳定 ．下一步将 进行超分辨率生成对抗网络的研究，加深网络结构设计，进而提高超分辨率图像重建的质量和速度 ． 参考文献： ［ １］ 邢晓羊 ．基于深度学习的医学图像超分辨率重建［ Ｄ］．成都：成都信息工程大学， ２０１８． ［ ２］ ＺＨＯＵ Ｆｅ ｉ， ＹＡＮＧ Ｗｅｎｍｉ ｎｇ， ＬＩＡＯ Ｑｉ ｎｇｍｉ ｎ． Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｓ ｅｄｉｍａｇｅｓｕｐｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｕｓ ｉ ｎｇｍｕ ｌ ｔ ｉ ｓｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅｆ ｉ ｆ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎｇ ?ｂａ ? ｐｏ ［ Ｊ］． ＩＥＥＥＴｒ ａｎｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｓｏｎＩｍａｇｅＰｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ， ２０１２， ２１（ ７）： ３３１２ ３３１８． ＤＯＩ： １０． １１０９／ＴＩＰ． ２０１２． ２１８９５７６． ? ［ ３］ ＬＩＮ Ｚｈｏｕｃｈｅｎ， ＳＨＵＭ Ｈ Ｙ． Ｆｕｎｄａｍｅｎ ｔ ａ ｌｌ ｉｍｉ ｔ ｓｏ ｆｒ ｅ ｃ ｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎｂａ ｓ ｅｄｓｕｐｅ ｒｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍｓｕｎｄｅ ｒｌ ｏ ｃ ａ ｌ ｇｏ ｔ ｒ ａｎｓ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ［ Ｊ］． ＩＥＥＥＴｒ ａｎｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｓｏｎＰａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎＡｎａ ｌ ｓ ｉ ｓａｎｄ Ｍａ ｃｈ ｉ ｎｅＩ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｅ， ２００４， ２６（ １）： ８３ ９７． ＤＯＩ： １０． １１０９／ ? ｙ ｇｅｎｃ ｔ ２００４． １２６１０８１． ｐａｍｉ． ［ ４］ 潘宗序，禹晶，胡少兴，等 ．基于多尺度结构自 相 似 性 的 单 幅 图 像 超 分 辨 率 算 法 ［ Ｊ］．自 动 化 学 报， ２０１４， ４０（ ４）： ５９４ ? ６０３． ＤＯＩ： １０． ３７２４／ＳＰ． Ｊ． １００４． ２０１４． ００５９４． ［ ５］ 席志红，侯彩燕，袁昆鹏，等 ．基于深层残差网络的加速图像超分辨率重建［ Ｊ］．光学学报， ２０１９， ３９（ ２）： ８９ ９８． ? ［ ６］ 刘哲，黄文准，乌伟 ．基于级联线性回归的快速单幅图像超分辨率技术［ Ｊ］．红外技术， ２０１８， ４０（ ９）： ８９４ ９０１． ? ［ ｉ ｓ ｓｎ． ７］ 曾 凯，丁 世 飞 ．图 像 超 分 辨 率 重 建 的 研 究 进 展 ［ Ｊ］．计 算 机 工 程 与 应 用， ２０１７， ５３（ １６）： ２９ ＤＯＩ： １０． ３７７８／ ?３５． ｊ． １００２ ８３３１． １７０５ ００９７． ? ? 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 邱德府，等：深度学习下的高效单幅图像超分辨率重建方法 ６７３ ［ ８］ ＺＨＡＮＧ Ｙｏｎｇｑ ｉ ｎ， ＬＩＵＪ ｉ ａｎｙ ｉ ｎｇ， ＹＡＮＧ Ｗｅｎｈａｎ， 犲 狋犪 犾． Ｉｍａｇｅｓｕｐｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｂａ ｓ ｅｄｏｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅｄｓｐａ ｒ ｓ ｅ ? ?ｍｏｄｕ ｒ ｅｐ ｒ ｅ ｓ ｅｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎ［ Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒ ａｎｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｓｏｎＩｍａｇｅＰｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ， ２０１５， ２４（ ９）： ２７９７?２８１０．ＤＯＩ： １０． １１０９／ＴＩＰ． ２０１５． ２４３１４３５． ［ ９］ ＹＡＮＧＣ Ｙ， ＨＵＡＮＧＪ ｉ ａｂ ｉ ｎ， ＹＡＮＧ Ｍ Ｈ． Ｅｘｐ ｌ ｏ ｉ ｔ ｉ ｎｇｓ ｅ ｌ ｆ ｓ ｉｍｉ ｌ ａ ｒ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓｆ ｏ ｒｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅｆ ｒ ａｍｅｓｕｐｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎ［ Ｃ］∥Ａｓ ｉ ａｎ ? ? Ｃｏｎ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅｏｎＣｏｍｐｕ ｔ ｅ ｒＶｉ ｓ ｉ ｏｎ． Ｑｕｅ ｅｎｓ ｔ ｏｗｎ：［ ｓ． ｎ．］， ２０１０： ４９７ ５１０． ＤＯＩ： １０． １００７／９７８ ３ ６４２ １９３１８ ７＿ ３９． ? ? ? ? ? ［ １０］ ＹＡＮＧ Ｊ ｉ ａｎｃｈａｏ，ＷＲＩＧＨＴ Ｊ，ＨＵＡＮＧ Ｔ Ｓ， 犲 狋犪 犾． Ｉｍａｇｅｓｕｐｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｖ ｉ ａｓｐａ ｒ ｓ ｅｒ ｅｐ ｒ ｅ ｓ ｅｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎ［ Ｊ］． ＩＥＥＥ ?ｒ Ｔｒ ａｎｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｓｏｎＩｍａｇｅＰｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇ， ２０１０， １９（ １１）： ２８６１ ２８７３． ＤＯＩ： １０． １１０９／ＴＩＰ． ２０１０． ２０５０６２５． ? ［ １１］ ＴＩＭＯＦＴＥＲ， ＳＭＥＴ Ｖ Ｄ， ＧＯＯＬＬ Ｖ． Ａｎｃｈｏ ｒ ｅｄｎｅ ｉ ｒ ｈｏｏｄｒ ｅｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏｎｆ ｏ ｒｆ ａ ｓ ｔｅｘａｍｐ ｌ ｅ ｓ ｅｄｓｕｐｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎ ?ｂａ ? ｇｈｂｏ ［ Ｃ］∥ＩＥＥＥＩ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌＣｏｎ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅｏｎＣｏｍｐｕ ｔ ｅ ｒＶｉ ｓ ｉ ｏｎ． Ｓｙｄｎｅｙ： ＩＥＥＥＰｒ ｅ ｓ ｓ， ２０１３： １９２０ １９２７． ＤＯＩ： １０． １１０９／ ｉ ｃ  ? ｃ ｖ． ２０１３． ２４１． ［ １２］ ＤＯＮＧＣｈａｏ， ＣＨＥＮ ＣＬ， ＨＥ Ｋａ ｉｍｉ ｎｇ， 犲 狋犪 犾． Ｉｍａｇｅｓｕｐｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｕｓ ｉ ｎｇｄｅ ｅｐｃ ｏｎｖｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎａ ｌｎｅ ｔｗｏ ｒ ｋｓ［ Ｊ］． ＩＥＥＥ ? Ｔｒ ａｎｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｓｏｎＰａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎ Ａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓａｎｄ Ｍａ ｃｈ ｉ ｎｅＩ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｅ， ２０１６， ３８（ ２）： ２９５?３０７．ＤＯＩ： １０． １１０９ＴＰＡＭＩ． ２０１５． ｙ ｇｅｎｃ ２４３９２８１． ［ １３］ ＳＨＩＷｅｎ ｚｈｅ， ＣＡＢＡＬＬＥＲＯＪ， ＨＵＳＺＡＲＦ， 犲 狋犪 犾． Ｒｅ ａ ｌ ｔ ｉｍｅｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅｉｍａｇｅａｎｄｖ ｉ ｄｅ ｏｓｕｐｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｕｓ ｉ ｎｇａｎｅ ｆ ｆ ｉ  ? ? ｃ ｉ ｅｎ ｔｓｕｂ ｉ ｘｅ ｌｃ ｏｎｖｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎａ ｌｎｅｕ ｒ ａ ｌｎｅ ｔｗｏ ｒ ｋ［ Ｃ］∥ＩＥＥＥＣｏｎ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅｏｎＣｏｍｐｕ ｔ ｅ ｒＶｉ ｓ ｉ ｏｎａｎｄＰａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎＲｅ ｃ ｏｇｎ ｉ ｔ ｉ ｏｎ． ?ｐ Ｌａ ｓＶｅｇａ ｓ： ＩＥＥＥＰｒ ｅ ｓ ｓ， ２０１６： １８７４ １８８３． ＤＯＩ： １０． １１０９／ＣＶＰＲ． ２０１６． ２０７． ? ［ １４］ ＫＩＭＪ， ＬＥＥＪＫ， ＬＥＥ Ｋ Ｍ． Ａｃ ｃｕ ｒ ａ ｔ ｅｉｍａｇｅｓｕｐｅ ｒ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｕｓ ｉ ｎｇｖｅ ｒ ｅｐｃ ｏｎｖｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎａ ｌｎｅ ｔｗｏ ｒ ｋｓ［ Ｃ］∥ＩＥＥＥ ? ｙｄｅ Ｃｏｎ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅｏｎＣｏｍｐｕ ｔ ｅ ｒＶｉ ｓ ｉ ｏｎａｎｄＰａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎＲｅ ｃ ｏｇｎ ｉ ｔ ｉ ｏｎ． Ｌａ ｓＶｅｇａ ｓ： ＩＥＥＥＰｒ ｅ ｓ ｓ， ２０１６： １６４６ １６５４． ＤＯＩ： １０． １１０９／ ? ＣＶＰＲ． ２０１６． １８２． ［ １５］ 李云红，王珍，张凯 兵，等 ．基 于 学 习 的 图 像 超 分 辨 重 建 方 法 综 述 ［ Ｊ］．计 算 机 工 程 与 应 用， ２０１８， ５４（ １５）： １３?２１． ｉ ｓ ｓｎ． １００２ ＤＯＩ： １０． ３７７８／ ８３３１． １８０５ ００３８． ? ? ｊ． ［ １６］ 张圣祥，郑力新，朱建清，等 ．采用深度学习的快速超分辨率图像重建方法［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报（自 然 科 学 版）， ２０１９， ４０（ ２）： ２４５ ２５０． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１８０４０６４． ? ? ［ １７］ 刘月峰，杨涵晰，蔡爽，等 ．基于改进 卷 积 神 经 网 络 的 单 幅 图 像 超 分 辨 率 重 建 方 法 ［ Ｊ］．计 算 机 应 用， ２０１９， ３９（ ５）： １４４０ １４４７． ＤＯＩ： １０． １１７７２／ ｉ ｓ ｓｎ． １００１ ９０８１． ２０１８０９１８８７． ? ? ｊ． （责任编辑：钱筠 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：吴逢铁） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１９０２０４１ ? 尺度变换下的直流电机参数 辨识方法与实验验证 聂卓 "１，李兆洋１，詹瑜坤１，郑义民１，蔡荣盛２ （ １．华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 ３６１０２１； ２．泉州轻工职业学院 智能工业系，福建 泉州 ３６２２００） 摘要： 针对传统参数辨识方法计算复杂且依赖过多测试 数 据 的 问 题，提 出 一 种 基 于 尺 度 变 换 的 直 流 电 机 参 数辨识新方法 ．首先，建立具有驱动放大系数和响应时延的电机系统与一类标准化对象之间的频域／时域尺度 变换关系 ．然后，分析标准化对象的阶跃响应特征与主 导 参 数 的 作 用，结 合 主 导 参 数 定 义，拟 合 反 映 阶 跃 响 应 特征的函数 ．最后，基于尺度变换与特征函数，给出电机 模 型 参 数 的 直 接 计 算 方 法 和 优 化 计 算 方 法 ．仿 真 和 实 验结果表明：文中所提方法具有正确性和有效性 ． 关键词： 直流电机；参数辨识；尺度变换；阶跃响应 中图分类号： Ｎ９４５． １４ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６７４ ０９ ? ? ? 犐 犱 犲 狀 狋 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅狀 犕犲 狋 犺狅犱犳 狅 狉犇犆 犕狅 狋 狅 狉犅犪 狊 犲 犱狅狀犛 犮 犪 犾 犻 狀犵 犜狉 犪狀 狊 犳 狅 狉犿犪 狋 犻 狅狀犪狀犱犪狀犱犈狓狆犲 狉 犻犿犲 狀 狋 犪 犾犞犲 狉 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅狀 ＮＩＥＺｈｕｏｙｕｎ１，ＬＩＺｈａｏｙａｎｇ１，ＺＨＡＮ Ｙｕｋｕｎ１， ＺＨＥＮＧ Ｙｉｍｉ ｎ１，ＣＡＩＲｏｎｇｓｈｅｎｇ２ （ １．Ｃｏ ｌ ｌ ｅｇｅｏ ｆＩ ｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅａｎｄＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ； ｙ，Ｘｉ ２．Ｄｅｐａ ｒ ｔｍｅｎ ｔｏ ｆＩ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔＩ ｎｄｕｓ ｔ ｒ ｌ ｌ ｅｇｅｏ ｆＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ３６２２００，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｇｅｎ ｙ，ＱｕａｎｚｈｏｕＣｏ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｉ ｎｖ ｉ ｅｗｏ ｆｔ ｈｅｐ ｒ ｏｂ ｌ ｅｍｔ ｈａ ｔｔ ｈｅｔ ｒ ａｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎａ ｌｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｍｅ ｔ ｈｏｄｉ ｓｃ ｏｍｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｅｄｉ ｎｃ ａ ｌ ｃｕ ｌ ａ  ｔ ｉ ｏｎａｎｄｒ ｅ ｌ ｉ ｅ ｓｏｎｔ ｏｏ ｍｕｃｈｔ ｅ ｓ ｔｄａ ｔ ａ，ａｎｅｗｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｍｅ ｔ ｈｏｄｆ ｏ ｒｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔｃｕ ｒ ｒ ｅｎ ｔｍｏ ｔ ｏ ｒｂａ ｓ ｅｄｏｎｓ ｃ ａ ｌ ｉ ｎｇ ｔ ｒ ａｎｓ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎｉ ｓｄｅ ｖｅ ｌ ｏｐｅｄ．Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｒ ａｎｓ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎｔ ｉｍｅａｎｄｆ ｒ ｅ ｉ ｎｓｂｅ ｔｗｅ ｅｎｔ ｈｅｍｏ ｔ ｏ ｒ ｃ ａ ｌ ｉ ｎｇｔ ｙ，ｓ ｑｕｅｎｃｙｄｏｍａ ｓｙ ｓ ｔ ｅｍａｎｄａｃ ｌ ａ ｓ ｓｏ ｆｎｏ ｒｍａ ｌ ｉ ｚ ｅｄｍｏｄｅ ｌｉ ｓｄｅ ｖｅ ｌ ｏｐｅｄｗｉ ｔ ｈｄ ｒ ｉ ｖｅａｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｎｇａｎｄｒ ｅ ｓｐｏｎｓ ｅｄｅ ｌ ａｙｃ ｏｎｓ ｉ ｄｅ ｒ ｅｄ．Ｓｅ ｃ  ｙ ｏｎｄ ｌ ｈｅｓ ｔ ｅｐｒ ｅ ｓｐｏｎｓ ｅｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃｏ ｆｔ ｈｅｎｏ ｒｍａ ｌ ｉ ｚ ｅｄｍｏｄｅ ｌａｎｄｔ ｈｅｒ ｏ ｌ ｅｏ ｆｔ ｈｅｄｏｍｉ ｎａｎ ｔｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓａ ｒ ｅａｎ  ｙ，ｔ ａ ｌ ｚ ｅｄ，ａｎｄｔ ｈｅｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃｆ ｕｎｃ ｔ ｉ ｏｎａ ｒ ｅｄｅ ｆ ｉ ｎｅｄａｎｄｆ ｉ ｔ ｔ ｅｄｂｙｅｍｐ ｌ ｏｙ ｉ ｎｇｔ ｈｅｄｏｍｉ ｎａｎ ｔｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ．Ｆ ｉ ｎａ ｌ ｌ ｙ ｙ， ｂａ ｓ ｅｄｏｎｔ ｈｅｓ ｃ ａ ｌ ｉ ｎｇｔ ｒ ａｎｓ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｔ ｈｅｅ ｉ ｆ ｕｎｃ ｔ ｉ ｏｎ，ｔ ｈｅｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｌ ａ ｌ ｃｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓ ｃｈｅｍｅａｎｄｏｐ ｔ ｉｍａ ｌｓ ｅ ａ ｒ ｃｈ  ｇｅｎ ｙｃ ｉ ｎｇｓ ｃｈｅｍｅｏ ｆｔ ｈｅｍｏｄｅ ｌｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓａ ｒ ｅｇ ｉ ｖｅｎ．Ｔｈｅｓ ｉｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｅｘｐｅ ｒ ｉｍｅｎ ｔ ａ ｌｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｐ ｒ ｏｖｅｄｔ ｈｅｖａ ｌ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙａｎｄ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｆｔ ｈｅｐ ｒ ｏｐｏ ｓ ｅｄｍｅ ｔ ｈｏｄｓ． ｐ ｙｏ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ；ｓ 犓犲 狉 犱 狊： ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔｃｕ ｒ ｒ ｅｎ ｔｍｏ ｔ ｏ ｒ；ｐａ ｃ ａ ｌ ｉ ｎｇｔ ｒ ａｎｓ ｆ ｏ ｒｍ；ｓ ｔ ｅｐｒ ｅ ｓｐｏｎｓ ｅ 狔狑狅 收稿日期： ２０１９ ０２ ２６ ? ? 通信作者： 聂卓"（ １９８３ Ｅ?ｍａ ｉ ｌ： ｉ ｎａ． ｚｈｕｙｕｎ２００４＠ｓ ?），男，副教授，博士，主要 从 事 鲁 棒 控 制 及 非 线 性 系 统 的 研 究 ． ｙｅ ｃ ｏｍ． 基金项目： 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ６１４０３１４９，１１６２６２００）；福 建 省 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ２０１５Ｊ ０１２６１， ２０１６Ｊ ０５１６５）；华侨大学中青年教师科研提升资助计划（ ＺＱＮ?ＰＹ４０８，Ｚ１４Ｙ０００２）；华 侨 大 学 研 究 生 科 研 创新基金资助项目（ １７０１３０８２０４２） 第５期 聂卓"，等：尺度变换下的直流电机参数辨识方法与实验验证 ６７５ 直流电机因其调速特性好、过载能力强和转速稳定等优点，常作为执行器被广泛应用于各类工业系 统中 ［ １ ３］ ? ．在实际应用中，随着系统的长期运行，电机参 数 会 随 着 系 统 的 磨 损 和 老 化 而 发 生 变 化，导 致 动 态特性变差、静态特性偏离设定工作点 ［４］．国内外学者 针对 电 机 模 型 辨 识 问 题 进 行 了 大 量 研 究 ．聂 卓 " 等 ［５］利用观测得到的系统内部状态，在噪声条件下，采 用最 小 二 乘 法 实 现 二 阶 系 统 的 在 线 辨 识 ．郭 欣 欣 等 ［６］从信号模态分解的角度出发，提出经验模态分解与矩阵束法相结合的同步电机参数辨识方法 ．韦文 祥等 ［７］设计一种基于扩展状态观测器的闭环转子磁链 观 测器，并 提 出 以 其 作 为 参 考 模 型 的 模 型 参 考 自 适应转速辨识方法 ．黄科元等 ［８］提出一种结合最小电压 矢量注 入 方 法 和 滑 模 观 测 器 方 法 的 混 合 控 制 策 略，实现转子位置的准确辨识 ．此外，以频率响应和阶跃响 应 为代 表 的激 励 信 号 辨 识 方 法 在 直 流 电 机 模 型辨识中也时有应用 ［９１０］．但在实际应用中，仍需进一步降低参数辨识 算法对 计算 复杂度和 过多测 试数 ［ ］ 据的依赖 ．因此， Ｎｉ ｅ等 １０ 针对一类分数阶时滞系统，提出一种基于阶跃响应的 ３ 点辨识算法，该方法仅 需测量少量数据即可辨识模型参数 ．本文在文献［ １０］的基 础上，对直流 电 机 进 行 机 理 建 模，并 对 机 理 模 型进行标准化转换，从而建立机理模型与标准化模型间的尺度变换关系，通过有限的测试数据辨识直流 电机的模型参数 ． １ 直流电机建模与分析 直流电机运行是一个复杂的电磁变化过程，其电压和转矩方程分别为 ｄ 犐ａ ｄΩ（ 狋） （ １） ＋ε， 犑 ＝ 犕 － 犕Ｌ ． ｄ 狋 ｄ 狋 式（ １）中： 犝ａ 为电枢电压； 犚ａ 为电枢 电 阻； 犐ａ 为 电 枢 电 流； 犔ａ 为 电 枢 电 感； 狋）为 转 子 转 速； Ω（ ε为反电动 犝ａ ＝ 犚ａ犐ａ ＋犔ａ 势， 狋）， 犆ｅ 为电势常数； 犑 为电力拖动系统整个运动部分折算到电动机上的总转动惯量； 犕 为电 ε＝犆ｅΩ（ ３０犆ｅ； 为负载转矩 磁转矩， 犕 ＝犆ｍ犐ａ， 犆ｍ 为转矩常数， 犆ｍ ＝ 犕Ｌ ． π 式（ １）为直流电机的理想模型 ．由于电机存在换向、摩擦、电阻发热等因素，具有一定的非线性特性， 文献［ １１ １４］对直流电机的非线性物理模型进行了详细阐述 ． ? 基于式（ １）的机理分析可知：直流电机的电压输入与 转 速输出 之间 具 有 二 阶 动 态 特 性，考 虑 电 机 在 空载条件下运行，有 犕Ｌ ＝０．结合式（ １），电 机 在 空 载 条 件 下，可 以 得 到 驱 动 电 压 输 入 犝ａ 与 转 速 输 出 Ω １／犆ｅ 的传递 函 数 为 ／ ．其 中， 狋ａ 为 电 气 时 间 常 数， 狋ａ ＝犔ａ／犚ａ； 狋ｍ 为 机 械 时 间 常 数， 狋ｍ ＝ （ 犑犚ａ） ２ 狋ｍ狋ａ狊 ＋狋ｍ狊＋１ （ 犆ｍ犆ｅ）； 狊 为拉布拉斯算子 ．同时，考虑到直流电机在桥式驱动电路下工作，占空比输入犝 与电枢电压输 出 犝ａ 的驱动增益为 犽，电机响应的延迟时间为 犔，因此系统的占空 比 输入 犝 与转速输 出 Ω 的传 递函数 犎（ 狊）可表示为 （ 犽／犆ｅ 狊） ·ｅｘｐ（ 犎（ 狊）＝ Ω（）＝ 狊）． －犔 ２ 犝狊 狋ｍ狋ａ狊 ＋狋ｍ狊＋１ （ ２） ２ 基于尺度变换的辨识方法 ２． １ 尺度变换分析 将直流电机模型（式（ ２））写成一般形式，则其传递函数 犌（ 狊）可以表示为 犓 ·ｅｘｐ（ 犌（ 狊）＝ ２ 狊）． －犔 犪 狊 ＋犫 狊＋１ 式（ ３）中： 犓， 犔， 犪， 犫 为待辨识的系统参数，且满足 犓 ＞０， 犔＞０， 犪＞０， 犫＞０．其中， 犓 的计算式为 狋） 狔ｒ（ 犓 ＝ｌ ｉｍ ． （ 狋→ ∞ 狉狋） 式（ ４）中： 狋）为直流电机转速的阶跃响应； 狉（ 狋）为控制输入 ． 狔ｒ（ （ ３） （ ４） ［ ］ 在考虑控制器的可移植性问题时， Ｇａｏ１５ 讨论控制系统的尺度变换关系，指出不同系统之间 存在相 ［ ］ 互转换的内在联系 ． Ｎｉ ｅ等 １０ 以一类分数阶模型为对象，通过 尺 度 变 换，建 立 实 际 系 统 与 标 准 化 分 数 阶 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６７６ ２０１９ 年 模型之间的关系，提出一种分数阶模 型 辨 识 方 法 ．在 此 基 础 上，结 合 直 流 电 机 的 二 阶 模 型 特 性，建 立 式 珟（ （ ３）的标准化模型 犌 狊 珓），即 １ 珟（ ·ｅｘｐ（ 犌 狊 狊 －τ 珓）＝ ２ 珓）． 狊 狊 珓 ＋α 珓＋１ （ ５） 珟（ 式（ ５）中： 狊 犪； 犪； 犪，该模型满足 犓犌 狊 狊），根据拉普拉斯变换，有 珓＝狊／槡 α＝犫／槡 τ＝犔／槡 珓）＝犌（ 犔［ 狋）］＝ 犉（ 狊）＝ 犳（ ∞ ∫犳（狋）·ｅｘｐ（－狊狋）ｄ狋． ０ （ ６） 此时，频率域与时间域建立起转换关系 ．若将时间轴压缩 犪 倍，可得 ［ （犪狋 ）］＝犪犉（犪狊）， 犪 ∈ 犚． （ ７） 犔犳 由式（ ７）可知：若时间轴压缩犪 倍，对应的复变因子扩展犪 倍，即尺度变换在时域和频域存在对应关 系 ．结合式（ ６），可得 ∞ ∞ ０ ０ ［ （犪狋 ）］＝∫犳（犪狋 ）·ｅｘｐ（－狊狋）ｄ狋＝犪∫犳（ζ）·ｅｘｐ（－犪狊ζ）ｄζ． 犔犳 （ ８） 推导可得 （犪狋 ）＝ 犳（ζ）， 犳 狋 ＝ ． 犪 ζ （ ９） 上述推导即为电机模型尺度变换方法的基本原理 ． 珟（ 若令标准化系统模型 犌 狊 狋 狋 狋）为 辨 识 模 珓）的阶跃响应为 狔 珘（ 珓＋τ），其中， 珓为τ＝０ 时 的时 间坐标 ．令 狔（ 型 犌（ 狊）的阶跃响应，则有 狔（ 狋）≈狔ｒ（ 狋）．根据式（ ９），可以得到时域 中 狔（ 狋）， 狋 珘（ 珓＋τ）在时间尺 度上的 变换 狔 关系，即 狋 （ ． １０） 犪 槡 在式（ １０）的基础上，提出电机模型（式（ ３））的 ２ 种参数辨识方法 ． １）用尽可能 少的测量 数据辨 识电 机模型，给出一种直接参数计算方法 ． ２）在测 量 数 据 丰 富 的 条 件 下，得 到 最 优 电 机 模 型，并 给 出 一 种 优 狋）＝ 犓狔 狋 珘（ 珓＋τ）， 狔（ 狋 珓＋τ ＝ 化辨识方法 ． ２． ２ 直接参数计算法 首先，分析标准化模型的阶跃响应特性 ．标准化模型（式（ ５））中的参数τ 决定系统响应的延迟大小， 但不改变响应过程，而参数α 决 定 系 统 响 应 的 所 有 动 态 特 性 ．标 准 化 模 型 阶 跃 响 应，如 图 １ 所 示 ．图 １ 中： 狋 为时间 ．由图 １ 可 知：当 ０＜α≤２ 时，系 统 阶 跃 响 应 有 明 显 振 荡，且 振 荡 随 着 α 狔 为单位阶跃响应； 的增大而减弱；当 ２＜α≤４ 时，系统处于过阻尼状 态，且 系 统 响 应 随 着α 的 增 大 而 变 慢 ．由 此 可 以 推 出， 当α＞４ 时，系统处于深度阻尼状态，阶跃响应变得非常缓 慢，几 乎 可 用 一 阶 惯 性 模 型 代 替 ．在 标 准 化 对 象中，参数范围为 ０＜α≤４ 能够描述工业对象中 二 阶 系 统 的 振 荡 和 阻 尼 特 性 ．因 此，在τ＝０ 的 情 况 下， 获取标准化模型的阶跃响应数据，以描述不同参数α 条件下的动态响应特征，且在 ０＜α≤４ 范围 内进行 参数辨识 ． （ ａ）０＜α≤２ （ ｂ）２＜α≤４ 图 １ 标准化模型阶跃响应（ τ＝０） Ｆ ｉ １ Ｓ ｔ ｅｐｒ ｅ ｓｐｏｎｓ ｅｏ ｆｎｏ ｒｍａ ｌ ｉ ｚ ｅｄｍｏｄｅ ｌ（ τ＝０） ｇ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 聂卓"，等：尺度变换下的直流电机参数辨识方法与实验验证 ６７７ 珟（ 在仿真中，获取标准化系统 犌 狊 狋 狋 狋 珓）的阶跃响应数据，选取上升阶段数据狔 珘（ 珓１）＝β１ ， 珘（ 珓２）＝β２ ， 珘（ 珓３）＝ 狔 狔 犻＝１， ２， ３）为满足 ０＜β１ ＜β２ ＜β３ ＜１ 的 设 定 值 ．在 不 同 参 数 α 条 件 下，为 描 述 珓１ ＜狋 珓２ ＜狋 珓３ ，其中， β３ ，且狋 β犻（ 阶跃响应特征，定义函数 犳１（ α）＝狋 珓１ ， α）＝狋 珓２ ， 狆）＝α， 犳２（ 犳３（ 犳４（ 狇）＝α，其中， ／（ ／（ （ 狋３ －狋１） 狋２ －狋１）＝ （ 狋 狋 狋１ ＝狋 狋 １１） 珓３ －狋 珓１） 珓２ －狋 珓１）， 狇 ＝狋２／ 珓２／ 珓１ ． 狆＝ （ 选择狋 ２０）， 狋 ６０）， 狋 ９５）作为数据获 取点 ．为 了提 高辨识 精度，分别针对 ０＜ 珓１（ 珓２（ 珓３（ β１ ＝０． β２ ＝０． β３ ＝０． α≤２ 和 ２＜α≤４ 进行分段考虑 ．不同α 条件下的阶跃响应数据，如表 １ 所示 ． 表 １ 不同α 条件下的阶跃响应数据（直接参数计算法） Ｔａｂ． １ Ｓ ｔ ｅｐｒ ｅ ｓｐｏｎｓ ｅｄａ ｔ ａｕｎｄｅ ｒｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔα （ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒｍｅ ｔ ｈｏｄ） α 狋 ２０） 狋 ６０） 狋 ９５） 珓１ （ 珓２ （ 珓３ （ β１ ＝０． β２ ＝０． β３ ＝０． α 狋 ２０） 狋 ６０） 狋 ９５） 珓１ （ 珓２ （ 珓３ （ β１ ＝０． β２ ＝０． β３ ＝０． ０． １ ０． ６５０６ １． １８４６ １． ５６８７ ２． １ ０． ８３５８ ２． ０９１７ ５． １１７８ ０． ２ ０． ６５８０ １． ２１１１ １． ６２０５ ２． ２ ０． ８４７５ ２． １６３８ ５． ４８９５ ０． ３ ０． ６６５５ １． ２３９０ １． ６７６７ ２． ３ ０． ８５９５ ２． ２３８３ ５． ８５４７ ０． ４ ０． ６７３２ １． ２６８３ １． ７３７８ ２． ４ ０． ８７１７ ２． ３１５１ ６． ２１３１ ０． ５ ０． ６８１１ １． ２９９１ １． ８０４７ ２． ５ ０． ８８４２ ２． ３９３９ ６． ５６４９ ０． ６ ０． ６８９１ １． ３３１６ １． ８７８１ ２． ６ ０． ８９７０ ２． ４７４５ ６． ９１１０ ０． ７ ０． ６９７４ １． ３６５８ １． ９５９１ ２． ７ ０． ９１０１ ２． ５５６７ ７． ２５２２ ０． ８ ０． ７０５８ １． ４０１８ ２． ０４９１ ２． ８ ０． ９２３５ ２． ６４０３ ７． ５８９２ ０． ９ ０． ７１４５ １． ４３９９ ２． １４９７ ２． ９ ０． ９３７１ ２． ７２５０ ７． ９２２８ １． ０ ０． ７２３３ １． ４８００ ２． ２６２８ ３． ０ ０． ９５１０ ２． ８１０８ ８． ２５３２ １． １ ０． ７３２４ １． ５２２４ ２． ３９１０ ３． １ ０． ９６５２ ２． ８９７３ ８． ５８１１ １． ２ ０． ７４１７ １． ５６７２ ２． ５３７２ ３． ２ ０． ９７９６ ２． ９８４６ ８． ９０６６ １． ３ ０． ７５１２ １． ６１４４ ２． ７０５３ ３． ３ ０． ９９４４ ３． ０７２４ ９． ２３０２ １． ４ ０． ７６０９ １． ６６４３ ２． ８９９６ ３． ４ １． ００９４ ３． １６０７ ９． ５５１９ １． ５ ０． ７７０８ １． ７１６８ ３． １２４７ ３． ５ １． ０２４６ ３． ２４９５ ９． ８７２１ １． ６ ０． ７８１０ １． ７７２２ ３． ３８４９ ３． ６ １． ０４００ ３． ３３８５ １０． １９１０ １． ７ ０． ７９１５ １． ８３０４ ３． ６８２１ ３． ７ １． ０５６０ ３． ４２７９ ５０８０ １０． １． ８ ０． ８０２２ １． ８９１５ ４． ０１３６ ３． ８ １． ０７２０ ３． ５１７５ １０． ８２５０ １． ９ ０． ８１３１ １． ９５５４ ４． ３７１０ ３． ９ １． ０８８３ ３． ６０７３ １４００ １１． ２． ０ ０． ８２４３ ２． ０２２２ ４． ７４２７ ４． ０ １． １０４８ ３． ６９７３ ４５５０ １１． 对表 １ 中的数据进行拟合，可得 ８． ７４７狆３ ＋１８． ４８狆２ ＋３７８． ４狆 －７４０． ６， 烄犳１（ 狆）＝ ３ ２ ０９狆 ＋３０９． ６狆 －４０４． ４ 狆 －１３． α）＝ 犳２（ ０ ＜α ≤ ２： 烅 α）＝ 犳３（ （ ）＝ 烆犳４ 狇 ４ ３ ２ ８． ７０９ ３６ ３ ９， α ＋３３． α ＋３８８ α －４６９． α＋５２５． ３ ２ ８ ７ ２ α ＋６７０． α －８１６． α＋８１７． ３ ２ １０１５ α ＋１６０３ α ＋９９１６ α＋４０３４ ， ４ ３ ２ １ ４ α ＋１００． α －４１５． α ＋８１８０ α＋３３８４ （ １２） ３ ２ ３０． ９３ ６ １ 狇 ＋３７０． 狇 ＋４６３． 狇－３５８７． ３ ２ ７ ６ 狇 ＋１９９． 狇 ＋５３１． 狇－１２０７ ０． ９５４１狆３ －１２． ９６狆２ ＋２８． ９２狆 ＋３１． ２６ ， 烄犳１（ 狆）＝ ４ ３ ２ ７３７狆 ＋１８． ６１狆 ＋４． ５１狆 －１２． ４６ 狆 －８． α）＝ 犳２（ ２ ＜α ≤ ４： 烅 α）＝ 犳３（ ４ ３ ２ ８． ７０９ ３６ ３ ９， α ＋３３． α ＋３８８ α －４６９． α＋５２５． ３ ２ ６ ７ ０． ８ ８ １ ６． ７ ８ １ ７． ２ α ＋ α － α＋ ３ ２ １０１５ α ＋１６０３ α ＋９９１６ α＋４０３４ ， ４ ３ ２ １ ４ α ＋１００． α －４１５． α ＋８１８０ α＋３３８４ （ １３） ２ ５１４ 狇 ＋１２４１ 狇－４６２８ ． ）＝ ３９． 犳 狇 ４（ ２ 烆 ７７ 狇 －８５． 狇 ＋１３７９ 狇－３８７４ 得到标准化对象阶跃响应特征的函数化描述后，获取电机阶跃响应的 ３ 个数据需满足 狋１） 狔ｒ（ ＝β１ ， 犓 根据时间尺度变换关系建立方程，即 狋２） 狔ｒ（ ＝β２ ， 犓 狋３） 狔ｒ（ ＝β３ ． 犓 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． （ １４） 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６７８ ２０１９ 年 烌 狋 犪 ＝狋１／槡 犪， 珓１ ＋犔／槡 （ １５） 烍 狋 犪 ＝狋２／槡 犪， 珓２ ＋犔／槡 烎 狋 犪 ＝狋３／槡 犪． 珓３ ＋犔／槡 当狋１ ＞狋 犪时，联立式（ １２）～ （ １５），可得 珓１ 槡 α ＝ 犳１（ 狆）， ２ ／（ 犪 ＝ （（ 狋２ －狋１） α）－犳２（ α）））， 犳３（ 烌 烍 犔 ＝狋１ －犳２（ 犪． α）槡 烎 犫 ＝α槡 犪， （ １６） 由于系统可能存在高阶动态特性或非线性影 响，导 致狋１ ＜狋 犪，在 式（ １５）中 得 到 犔＜０．此 时，可 以 珓１ 槡 认为 犔＝０，即当狋１ ＜狋 犪时，求解参数，可得 珓１ 槡 ２ ／（ 犪 ＝ （（ 狋２ －狋１） α）－犳３（ α）））， 犳２（ 烌 （ １７） 烍 犫 ＝α槡 犪， 犔 ＝ ０． 烎 上述辨识过程中，除直流电机阶跃响应的稳态值外，仅需测量 ３ 个响应数据，即可计算模型参数，所 α ＝ 犳４（ 狇）， 需的数据量非常少 ． ２． ３ 参数优化辨识法 对标准化对象的分析可知： α 为决定系统动态性能的主导参数 ．选 取合适 的主 导参数可 以更好 地描 述系统超调及响应快慢特性 ．在测量数据相对丰富的条件下，进一步给出针对α 寻优的参数辨识方法 ． 类似的，先建立描述不同α 条件下 的 标 准 化 模 型 阶 跃 响 应 的 特 征 函 数，给 出 不 同β犻 的 取 值 拟 合 结 珟（ 果 ．在仿真中，获取标准化系统 犌 狊 狋 狋 珓）阶跃响应数据，并 选 取 上 升 阶 段 数 据 狔 珘（ 珓１ ）＝β１ ， 珘（ 珓２ ）＝β２ ，且狋 珓１ ＜ 狔 狋 犻＝１， ２）为满足 ０＜β１ ＜β２ ＜１ 的设定值 ．选取β１ ＝０． ４０， ６０，获取 的标准化 模型阶 跃响 珓２ ，其中， β犻（ β２ ＝０． 应数据，如表 ２ 所示 ． 表 ２ 不同α 下的标准化模型阶跃响应数据（参数优化辨识算法） ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒｏｐ ｔ ｉｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍ） Ｔａｂ． ２ Ｓ ｔ ａｎｄａ ｒ ｄ ｉ ｚ ｅｄｍｏｄｅ ｌｓ ｔ ｅｐｒ ｅ ｓｐｏｎｓ ｅｄａ ｔ ａｕｎｄｅ ｒｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔα （ ｐａ ｇｏ α 狋 狋 珓１ 珓２ （ ４０）（ ６０） α β１ ＝０． β２ ＝０． 狋 狋 珓１ 珓２ （ ４０）（ ６０） α β１ ＝０． β２ ＝０． 狋 狋 珓１ 珓２ （ ４０）（ ６０） α β１ ＝０． β２ ＝０． 狋 狋 珓１ 珓２ （ ４０）（ ６０） β１ ＝０． β２ ＝０． ０． １ ０． ９４２８ １． １８４６ １． １ １． １３３１ １． ５２２４ ２． １ １． ４０８４ ２． ０９１７ ３． １ １． ７８３８ ２． ８９７３ ０． ２ ０． ９５８８ １． ２１１１ １． ２ １． １５６３ １． ５６７２ ２． ２ １． ４４１６ ２． １６３８ ３． ２ １． ８２６１ ２． ９８４６ ０． ３ ０． ９７５５ １． ２３９０ １． ３ １． １８０４ １． ６１４４ ２． ３ １． ４７５７ ２． ２３８３ ３． ３ １． ８６９０ ３． ０７２４ ０． ４ ０． ９９２７ １． ２６８３ １． ４ １． ２０５４ １． ６６４３ ２． ４ １． ５１１０ ２． ３１５１ ３． ４ １． ９１２５ ３． １６０７ ０． ５ １． ０１０６ １． ２９９１ １． ５ １． ２３１４ １． ７１６８ ２． ５ １． ５４７２ ２． ３９３９ ３． ５ １． ９５６６ ３． ２４９５ ０． ６ １． ０２９２ １． ３３１６ １． ６ １． ２５８４ １． ７７２２ ２． ６ １． ５８４４ ２． ４７４５ ３． ６ ２． ００１２ ３． ３３８５ ０． ７ １． ０４８４ １． ３６５８ １． ７ １． ２８６３ １． ８３０４ ２． ７ １． ６２２５ ２． ５５６７ ３． ７ ２． ０４６３ ３． ４２７９ ０． ８ １． ０６８４ １． ４０１８ １． ８ １． ３１５３ １． ８９１５ ２． ８ １． ６６１６ ２． ６４０３ ３． ８ ２． ０９１９ ３． ５１７５ ０． ９ １． ０８９１ １． ４３９９ １． ９ １． ３４５３ １． ９５５４ ２． ９ １． ７０１５ ２． ７２５０ ３． ９ ２． １３７８ ３． ６０７３ １． ０ １． １１０７ １． ４８００ ２． ０ １． ３７６３ ２． ０２２２ ３． ０ １． ７４２３ ２． ８１０８ ４． ０ ２． １８４１ ３． ６９７３ 根据表 ２ 数据，拟合得到 犳２（ α）的更新函数，即 ２ ３． １４７ ３４３ ０７ α ＋８． α＋５６． （ ． １８） ０２ α＋６０． 获取电机阶跃响应的若干数据，使其满足 狔 狋 狋 ０， ４］范 围 内 寻 优，使 狔（ 狋）， 珘（ 珓１）＝β１ ， 珘（ 珓２ ）＝β２ ．在α∈ （ 狔 α）＝ 犳２（ 狋）积分平方误差（ ＩＳＥ）最小 ．求解优化问题为 狔ｒ（  狋 α 烄犪 ＝ ２ ［ 狔（狋）－狔 （狋） ｄ狋］，烌 ∫ 犑ｉｎｄｅｘ ＝ ｍｉ ｎ ｒ ０ ２ 狋２ －狋１ ， α）－犳３（ α） 犳２（ （ ） 烍 ｓ． ｔ． 烅 犫 ＝α槡 犪， 狋１ －犳２（ 犪， ０）． 烎 烆犔 ＝ ｍａｘ（ α）槡 由此得到最优解α 和最优系统参数 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． （ １９） 第５期 聂卓"，等：尺度变换下的直流电机参数辨识方法与实验验证 ６７９ ２． ４ 算法与实施 ２． ４． １ 直接参数计算法，适用于测量数据较少的情况 ．该方法有以下 ４ 个计算步骤 ． 步骤 １ 设置β犻 值，取β１ ＝０． ２０， ６０， ９５，通过式（ ４）计算增益 犓 ． β２ ＝０． β３ ＝０． 步骤 ２ 获取被测对象阶跃响应数据（ 狋１ ， 狋２ ， 狋３），同时，满足式（ １４）的 ３ 个条件 ． 步骤 ３ 通过式（ １１），求出 狆， 狇 值． 步骤 ４ 通过式（ １６）或（ １７），计算参数 犪， 犫， 犔． ２． ４． ２ 参数优化辨识算法，适用于测量数据丰富的情况 ．该方法有以下 ３ 个计算步骤 ． 步骤 １ 设置β犻 值，取β１ ＝０． ４０， ６０，通过式（ ４）计算增益 犓 ． β２ ＝０． 狋１） 狋２） 狔ｒ（ 狔ｒ（ 步骤 ２ 获取被测对象阶跃响应数据（包括狋１ ， 狋２），其中， ２ 个数据满足 ＝β１ ， ＝β２ ． 犓 犓 步骤 ３ 在α∈ （ ０， ４］范围内寻优，使 狔 狋 狋 珘（ 珓１）＝β１ ， 珘（ 珓２）＝β２ 指 标 最小，并在 最优 参数α 取 值下，计算 狔 参数 犪， 犫， 犔． 备注 １ 上述 ２ 类算法中，选取合适的拟合函数在辨识过程中起 到重要 的作用，这将直 接决 定辨识 参数的准确性 ．同时，在保证良好拟合精度的条件下，选取不同β犻 值，理论上 也适用于 上述辨 识方 法 ．文 中在β犻 值的 选取 及 函 数拟合 上进行 了大量 的 仿真实 验，得出较 好的 拟合结果，在 算法应 用和 实 施 过 程 中，可以直接使用文中给出的拟合函数 ． 备注 ２ 系统实际 运 行 时，噪 声 在 传 感 器 的 测 量 中 难 以 避 免；同 时，电 机 控 制 中 产 生 的 脉 宽 调 制 （ ＰＷＭ）信号，极易引入高频噪声 ．因此，在辨识前，需要对测量数据进行滤波处理，削弱高频噪声对辨识 结果的影响 ．此外，在上述 ２ 类算法中，部分采样数据 要 求 满 足 式 （ １４）或 狔 狋 狋 珘（ 珓１ ）＝β１ ， 珘（ 珓２ ）＝β２ 的 条 件， 狔 在有效采样步长和测量噪声的条件下，难以满足上述 条件 ．为解决 这个 问 题，需 要 先 对 滤 波 后 的 数 据 进 行线性插值处理，得到满足式（ １４）或 狔 狋 狋 珘（ 珓１）＝β１ ， 珘（ 珓２）＝β２ 的采样数据后，再进行参数辨识计算 ． 狔 ［ ］ 备注 ３ Ｇａｏ１５ 讨论了不同传递函数之间的尺度关系，指出 一阶或 二阶 的无零 点线性时 不变 对 象， ［ ］ 传递函数之间存在时间尺度的转换，同时，还指出这种尺度 关 系 可 以 用 于 控 制 器 设 计 ． Ｎｉ ｅ 等 １０ 基 于 时 间尺度变换，讨论一类分数阶时滞系统的参数辨识 ．在此基础上，文中进一步讨论二阶系统的辨识问题， 这与常规的系统辨识方法完全不同 ．此外，文中提出的 ２ 类算法适用于不同情况，即当测量数据较少时， 直接参数计算法能够快速地计算系统的模型，简单实 用；当 测量 数据较 多 时，参 数 优 化 辨 识 算 法 能 够 得 到更加精确的系统模型，但计算量增加 ． ３ 仿真结果与分析 为了说明文中所提 ２ 类辨识方法的一般适用性 ．先考虑一般对象辨识的仿真研究，包括一类高阶对 象和非最小相位对象 ． ２ （ （ １５ 狊＋１） ４ 狊＋１）（ ２ 狊＋１） ３ ３ ３ ３． （ （ ２０ 狊＋１）（ １０ 狊＋１）（ ５ 狊＋１） ０． ５ 狊＋１） ２． １５（－２． ７ 狊＋１）（ １５８． ５ 狊２ ＋６ 狊＋１）· 例 ２ 非最小相位对象 犌２（ 狊）＝ ｅｘｐ（－１４ 狊）． ４ （ ） （ ） １７． ５ 狊＋１ ２０ 狊＋１ 在仿真环境中，设定系统单位阶跃输入信号，并在系统输出端加入一定 测量 噪 声，获取 系统 犌１ （ 狊）， 例 １ 高阶对象 犌１（ 狊）＝ 犌２（ 狊）的阶跃响应数据 ．上述对象的辨识过程可以当作对高阶 系 统 的 模 型 降 阶，将 其 辨 识 成 典 型 的 二 阶 系统，其辨识结果，如表 ３ 所示 ． 表 ３ 对象 犌１ （ 狊）， 犌２ （ 狊）的辨识结果 Ｔａｂ． ３ Ｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｆ ｏ ｒ犌１ （ 狊）， 犌２ （ 狊） 对象 直接参数计算法 参数优化辨识算法 脉冲响应辨识 ［１６］ 高阶对象 １ ｅ－２０．８４狊 ７５０． ４ 狊２ ＋４８． ２ 狊＋１ １ ｅ－２０．９３狊 ７２５． ４ 狊２ ＋４９． ５ 狊＋１ １ ｅ－２０．５狊 ６９５． ３ 狊２ ＋４９． ９６ 狊＋１ 非最小 相位对象 ２． １５ ｅ－２８狊 １９０２ 狊２ ＋７０． ６７ 狊＋１ ２． １５ ｅ－２８．７９狊 １８５９． １ 狊２ ＋７１． ７ 狊＋１ ２． １５ ｅ－２７．５狊 １８７５ 狊２ ＋７３． ５ 狊＋１ 辨识模型与原系统的阶跃响应、频率响应的比较，如图 ２， ３ 所示 ．由图 ２， ３ 可知：在噪 声条件下，文 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６８０ （ ａ）犌１ （ 狊） ２０１９ 年 （ ｂ）犌２ （ 狊） 图 ２ 辨识模型阶跃响应比较 Ｆ ｉ ２ Ｓ ｔ ｅｐｒ ｅ ｓｐｏｎｓ ｅｃ ｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｏ ｆｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ａｎ ｔｍｏｄｅ ｌ ｓ ｇ． （ ａ）犌１ （ 狊） （ ｂ）犌２ （ 狊） 图 ３ 辨识模型频率响应比较 Ｆ ｉ ３ Ｆｒ ｅ ｅ ｓｐｏｎｓ ｅｃ ｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｏ ｆｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ａｎ ｔｍｏｄｅ ｌ ｓ ｇ． ｑｕｅｎｃｙｒ 中所提的 ２ 类基于阶跃响应辨识方法仍然具有良好的辨识精度，能够很好地用于模型降阶；与一类基于 脉冲响应的方法 ［１６］进行对比，虽然在时域响应上具有类似的精度，但在频域 响应上，文中所 提的 优化辨 识方法能够更加准确地描述系统的频率特性 ． 由图 ２， ３ 还可知：对于非最小相位对象，主要的辨识误 差来 源 于 右 半 平 面 的 非 最 小 相 位 零 点，而 在 文中所提的阶跃响应辨识方法中，非最小相位零点引起的反向超调可以作为时滞因子进行描述，从而减 小对最小相位部分的模型辨识的影响，但该处理方法在频域响应上必 然引起 相位偏差（对 犌２ （ 狊）的辨识 结果可以得出），辨识模型精度在时域响应和频域响应上存在相互均衡的特点． ４ 直流电机参数辨识实验 为验证文中所提方法对直流电机模型辨识的有效性，搭建的直流电机系统，如图 ４ 所示 ．图 ４ 中：直 流电机型号为 ＲＦ ３７；额定电压为１２Ｖ；采用 ＴＢ６６１２ＦＮＧ 型芯片（日本东芝半导体公司）作为电机驱动 ? 器件；输入信号为 ０ １ 的 ＰＷＭ 占空比，其中，驱动电路增益作为电机的放大系 数进行 辨识；电机 转速由 ? 增量型光电编码器进行测量 ．虽然在驱动电路中采用了光耦隔离方式（减少脉冲检测阶段引入的噪声）， 但测量噪声仍难以避免 ．在对转速测量的粗大误差 进 行 判 断 和 剔 除 后，得 到 的 转 速 输 出 Ω．阶 跃 响 应 输 出和辩识模型输出比较，如图 ５ 所示 ．通过对电机系统进行多次阶跃响应输出，发现在噪声条件下，电机 转速输出具有以下 ２ 个特性 ． １）电机响应初期，转速快速上升，在有限步长条件下，获取转速数据较少，由于转 速变 化率较 大，测 （） 量噪声对系统的影响相对较小 ．为获取狔ｒ 狋犻 ＝β犻 数 据，需 要 对 测 量 数 据 进 行 插 值 和 拟 合 处 理 ．综 上 所 犓 述，基于上升阶段的数据受到噪声影响相对较小，在插值处理后，能够很好地用于参数辨识 ． ２）电机响应进入稳态阶段，变化较为平缓，测量噪声对转速输出的影响密集且稳 定，可 以近 似当作 一类期望为 ０ 的白噪声处理 ．此时，式（ １９）给出的优化辨识对 测 量噪 声具 有 均 值 处 理 效 果，噪 声 对 辨 识 结果的影响非常小 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 聂卓"，等：尺度变换下的直流电机参数辨识方法与实验验证 ６８１ 图 ４ 直流电机系统实物图 图 ５ 阶跃响应输出和辩识模型输出比较 Ｆ ｉ ４ Ｄｉ ｒ ｅ ｃ ｔｃｕ ｒ ｒ ｅｎ ｔｍｏ ｔ ｏ ｒｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒｍ ｇ． Ｆ ｉ ５ Ｃｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｏ ｆｓ ｔ ｅｐｒ ｅ ｓｐｏｎｓ ｅｏｕ ｔ ｔａｎｄ ｇ． ｐｕ ｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｍｏｄｅ ｌｏｕ ｔ ｔ ｐｕ 利用直接参数计算法辨识电机模型 ．首先，设置β犻 值，并根据式（ ４）计算 出增益 犓 ＝１１２；然 后，在转 速输出数据中，选取狔ｒ（ 狋１）＝犓β１ ＝２２． ４， 狋２）＝犓β２ ＝６７． ２， 狋３）＝犓β３ ＝１０６． ４，有狋１ ＝０． ０３９２， 狋２ ＝ 狔ｒ（ 狔ｒ（ ０７１４， 狋３ ＝０． １４３７．根据式（ １６）或式（ １７）及拟合函数（式（ １２），（ １３）），求得标准化对象的关键参数α＝ ０． －４ ９６６，电机模型参数 犪＝７． ２７１×１０ ， 犫＝０． ０５３２９， 犔＝０． ０１７．因此，辨识所得模型为 １． １１２ ·ｅｘｐ（ ０１７ 狊） ． －０． ７． ２７１×１０－４狊２ ＋０． ０５３２９ 狊＋１ 利用参数优化辨识方法辨 识 电 机 模 型 ．首 先，设 置 β犻 值，并 计 算 系 统 增 益 犓 ；然 后，选 取 狔ｒ（ 狋１ ）＝ 犌１（ 狊）＝ 犓β１ ＝４４． ８， 狋２）＝犓β２ ＝６７． ２，有狋１ ＝０． ０５３２， 狋２ ＝０． ０７１４．在更 新式（ １８）的 犳２ （ α）后，求 解 优 化 问 题 狔ｒ（ 狋 狋 ８６，以 及 电 机 模 型 的 参 数 犪＝３． ２９６× 珘（ 珓１）＝β１ ， 珘（ 珓２）＝β２ ，可 以 求 得 标 准 化 对 象 的 关 键 参 数 α＝２． 狔 狔 １０－４ ， 犫＝０． ０５１９２， 犔＝０． ０２２．因此，辨识所得模型为 １１２ ·ｅｘｐ（ ０２２ 狊）． －０． ２９６×１０ 狊 ＋０． ０５１９２ 狊＋１ ３． 当输入信号频率 ω 为 １， １０ 时，转速输出转速输出与辨识模型 犌１（ 狊）， 犌２（ 狊）输出的比较，分别如 图 ６ 所示 ．由图 ６ 可知：辨识模型在低频段能很好地描述电机的响应特性，但随着输入信号频率的增大，实际 犌２（ 狊）＝ －４ ２ 系统中存在较为明显的被激励的非建模动态和非线性特性，在系统输出上，主要体现在相位滞后和幅值 误差，但辨识模型仍能较好地反映该电机系统的响应特性，可以为直流电机的转速闭环反馈控制提供准 确的系统模型 ．由图 ６ 还可知：辨识模型能很好地反映实际电机系统的阶跃响应输出 ． （ ａ）ω＝１ （ ｂ）ω＝１０ 图 ６ 转速输出与辨识模型输出比较 Ｆ ｉ ６ Ｏｕ ｔ ｔｓｐｅ ｅｄｃ ｏｍｐａ ｒ ｅｄｗｉ ｔ ｈｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｍｏｄｅ ｌｏｕ ｔ ｔ ｇ． ｐｕ ｐｕ ５ 结束语 提出直接参数计算方法和参数优化辨识方法作为电 机系统 参数 辨 识 的 ２ 类 方 法 ．在 实 际 运 行 条 件 下，由于电机模型具有驱动放大系数和响应时延的特性，因 此，建立 电机 系 统 与 一 类 标 准 化 对 象 之 间 的 频域／时域尺度变换关系，并分析标准化对象的阶跃响应特征与主导参数之间的关系，同时，定义并拟合 反映阶跃响应特征的函数 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６８２ ２０１９ 年 参考文献： ［ １］ 张琛 ．直流无刷电动机原理及应用［Ｍ］． ２ 版 ．北京：机械工业出版社， ２００７． ［ ｉ ｓ ｓｎ． ２］ 张凤阁，杜光辉，王天煜，等 ．高速电机发展与设计综述［ Ｊ］．电工技 术 学 报， ２０１６， ３１（ ７）： １ １８． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ? ｊ． １０００ ６７５３． ２０１６． ０７． ００１． ? ［ ３］ 王维强，曾晓松，夏茂树 ．电动汽车永磁无刷直流电机控制器设计［ Ｊ］．华侨大学学报（自然科学版）， ２０１９， ４０（ １）： ２０ ? ２５． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１８０８００５． ? ［ ４］ 洪雪梅，郑力新 ．采用工 业 以 太 网 的 直 流 电 机 控 制 系 统 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１２， ３３（ ５）： ５０６?５０８． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ ｉ ｓ ｓｎ． １０００ ５０１３． ２０１２． ０５． ０５０６． ? ［ ５］ 聂卓"，郭东生，刘瑞娟，等 ．基于扩张状态观测器的可调系统参数辨识与实验 研 究［ Ｊ］．控 制 与 决 策， ２０１７， ３２（ １０）： ｋｚ ｃ． ２０１６． ０９１８． １９０５ １９０９． ＤＯＩ： １０． １３１９５／ ? ｊ． ｙ ｊ ［ ６］ 郭 欣 欣，陆 华 才，陈 亚 辉，等 ．基 于 ＥＭＤ?ＳＧ 和 信 息 熵 矩 阵 束 的 同 步 电 机 参 数 辨 识 ［ Ｊ］．电 机 与 控 制 学 报， ２０１６， ２０ （ ｅｍｃ． ２０１６． １２． ００４． １２）： ２５ ３１． ＤＯＩ： １０． １５９３８／ ? ｊ． ［ ７］ 韦文祥，刘国荣 ．基于 ＣＥＳＯ 磁链观测器的模型参考 自 适 应 感 应 电 机 转 速 辨 识 ［ Ｊ］．电 机 与 控 制 学 报， ２０１６， ２０（ ４）： ５７ ６３． ＤＯＩ： １０． １５９３８／ ｅｍｃ． ２０１６． ０４． ００８． ? ｊ． ［ ８］ 黄科元，金其军，黄守道 ．一种 永 磁 同 步 电 机 转 子 位 置 混 合 辨 识 方 法 ［ Ｊ］．电 工 技 术 学 报， ２０１８， ３３（ ９）： １２ ＤＯＩ： ?１９． １０． １９５９５／ ６７５３． ｔ ｃ ｅ ｓ． １７０１９３． ｃｎｋ ｉ． １０００ ? ｊ． ［ ９］ ＮＩＵ Ｌ ｉ， ＸＵ Ｄｉ ａｎｇｕｏ， ＹＡＮＧ Ｍｉ ｎｇ， 犲 狋犪 犾． Ｏｎ ｌ ｉ ｎｅｉ ｎｅ ｒ ｔ ｉ ａｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎａ ｌ ｒ ｉ ｔ ｈｍｆ ｏ ｒＰＩｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓｏｐ ｔ ｉｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎ ? ｇｏ Ｊ］． ＩＥＥＥＴｒ ａｎｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｏｎＰｏｗｅ ｒＥｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏｎ ｉ ｃ ｓ， ２０１５， ３０（ ２）： ８４９ ８５９． ＤＯＩ： １０． １１０９／ＴＰＥＬ． ２０１４． ２３０７０６１． ｓｐｅ ｅｄｌ ｏｏｐ［ ? ［ １０］ ＮＩＥＺｈｕｏｙｕｎ，ＷＡＮＧ Ｑｉ ｎｇｇｕｏ， ＬＩＵ Ｒｕ ｉ ｕａｎ， 犲 狋犪 犾． Ｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄＰＩＤｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｆ ｏ ｒａｃ ｌ ａ ｓ ｓｏ ｆｄｅ ｌ ａｙｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎａ ｌ ｏ ｒ  ? ｊ Ｊ］． ＩＥＥＥ／ＣＡＡＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＡｕ ｔ ｏｍａ ｔ ｉ ｃ ａＳ ｉ ｎ ｉ ｃ ａ， ２０１６， ３（ ４）： ４６３ ４７６． ＤＯＩ： １０． １１０９／ＪＡＳ． ２０１６． ７５１０１０３． ｄｅ ｒｓｙ ｓ ｔ ｅｍｓ［ ? ［ １１］ ＫＮＥＺＥＶＩＣＪＭ． Ｌｏｗ? ｃ ｏ ｓ ｔｌ ｏｗ? ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏｎｓ ｅｎｓ ｏ ｒ ｌ ｅ ｓ ｓｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎｇｏ ｆＤＣ ｍｏ ｔ ｏ ｒｄ ｒ ｉ ｖｅ ｓｆ ｏ ｒｖｅｈ ｉ ｃ ｌ ｅａｕｘ ｉ ｌ ｉ ａ ｒ ｌ ｉ ｃ ａ  ｙａｐｐ ｔ ｉ ｏｎｓ［ Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒ ａｎｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｓｏｎ Ｖｅｈ ｉ ｃｕ ｌ ａ ｒＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， ２０１３， ６２（ ９）： ４３２８?４３３５． ＤＯＩ： １０． １１０９／ＴＶＴ． ２０１３． ２２６８ ７１６． ［ １２］ 张志勇，张飞，刘志强，等 ．无刷直流电机输出转矩的非线性偏最小二乘回归估 计［ Ｊ］．电 工 技 术 学 报， ２０１７， ３２（ ５）： ６２ ６９． ? ［ １３］ ＣＨＡＮＧ Ｘｉ ａｏｈｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙｉｍｉ ｎｇ． Ｐｅ ａｋ ｔ ｏ ａｋｆ ｉ ｌ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎｇｆ ｏ ｒｎｅ ｔｗｏ ｒ ｋｅｄｎｏｎ ｌ ｉ ｎｅ ａ ｒＤＣ ｍｏ ｔ ｏ ｒｓｙ ｓ ｔ ｅｍｓｗｉ ｔ ｈｑｕａｎ ｔ ｉ  ? ?ｐｅ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎ［ Ｊ］． ＩＥＥＥＴｒ ａｎｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏｎｓｏｎＩ ｎｄｕｓ ｔ ｒ ｉ ａ ｌＩ ｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ， ２０１８， １４（ １２）： ５３７８?５３８８． ＤＯＩ： １０． １１０９／ＴＩ Ｉ． ２０１８． ２８０５７ ０７． ［ １４］ ＫＩＭＩＨ， ＹＯＯＫＪＨ， ＳＯＮ ＹＩ． Ｒｏｂｕｓ ｔｐ ｒ ｅｄ ｉ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｅｄＤＣ ｍｏ ｔ ｏ ｒｓｐｅ ｅｄｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌｕｎｄｅ ｒｕｎｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎｔ ｉｍｅｄｅ ｌ ａｙ［ Ｊ］． Ｅ ?ｂａ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏｎ ｉ ｃ ｓＬｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｓ， ２０１７， ５３（ １４）： ９１４ ９１６． ＤＯＩ： １０． １０４９／ｅ ｌ． ２０１７． １３０１． ? ［ １５］ ＧＡＯＺｈ ｉ ｉ ａｎｇ． Ｓｃ ａ ｌ ｉ ｎｇａｎｄｂａｎｄｗｉ ｄ ｔ ｈ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎｂａ ｓ ｅｄｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒｔ ｕｎ ｉ ｎｇ［ Ｃ］∥Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｅｄ ｉ ｎｇｓｏ ｆｔ ｈｅＡｍｅ ｒ ｉ ｃ ａｎ ?ｐａ ｑ Ｃｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌＣｏｎ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅ． Ｄｅｎｖｅ ｒ： ＩＥＥＥＰｒ ｅ ｓ ｓ， ２００３： ４９８９ ４９９６． ＤＯＩ： １０． １１０９／ＡＣＣ． ２００３． １２４２５１６． ? ［ １６］ ＫＩＭ Ｙ Ｃ， Ｊ ＩＮ Ｌ ｉ ｈｕａ． Ｒｏｂｕｓ ｔｉ ｄｅｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｃ ｏｎ ｔ ｉ ｎｕｏｕｓ ｔ ｉｍｅｌ ｏｗ? ｏ ｒ ｄｅ ｒｍｏｄｅ ｌ ｓｕｓ ｉ ｎｇ ｍｏｍｅｎ ｔ ｓｏ ｆａｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅｒ ｅ ｃ ｔ ａｎ  ? ｌ ａ ｒｐｕ ｌ ｓ ｅｒ ｅ ｓｐｏｎｓ ｅ［ ｒ ｏ ｃ ｏｎ ｔ． ２０１３． ０３． ００２． Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＰｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓＣｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ， ２０１３， ２３（ ５）： ６８２ ６９５． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ? ｇｕ ｊ． ｊ ｐ （责任编辑：钱筠 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：吴逢铁） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１９０２００５ ? 光源色域面积评价方法的比较分析 廖欣怡１，２，朱大庆１，２，庄其仁１，２ （ １．华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 ３６１０２１； ２．华侨大学 福建省光传输与变换重点实验室，福建 厦门 ３６１０２１） 摘要： 比较多种光源色域面积指标，研究 ３ 种常用的光源色域面积指标的关系 ．选取 ４８ 个光源，用其光谱进 行数值计算，计算其全色域指数（ ＧＡＩ）、光 色 品 质 色 域 面 积 （ ＣＱＳ＿ＱＧ）指 标 和 ＩＥＳ ?ＴＭ?３０ ?１５ 相 对 色 域 面 积 （ ＲＧ），并分析这 ３ 个色域面积之间的关系 ．结果表明： ＱＧ 值 与 ＲＧ 值 的 相 关 性 最 高， ＧＡＩ值 与 ＱＧ 值， ＲＧ 值 的相关性都不高；光源色域面积计算中，采用的颜色样本，颜色空间和参考光源对计算结果都有很大的影响 ． 关键词： 光源颜色品质；显色性；光源色域面积；颜色空间 中图分类号： ＴＭ９２３ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６８３ ０８ ? ? ? 犆狅犿狆犪 狉 犪 狋 犻 狏 犲犪狀犪 犾 狊 犻 狊狅 犳犿犲 狋 犺狅犱 狊犳 狅 狉犲 狏 犪 犾 狌犪 狋 犻 狀犵 狔 犌犪犿狌 狋犃狉 犲 犪狅 犳犔 犻 狋犛狅狌 狉 犮 犲 狊 犵犺 ， ， ， ＬＩＡＯ Ｘｉ ｎｙ ｉ１ ２，ＺＨＵ Ｄａｑ ｉ ｎｇ１ ２，ＺＨＵＡＮＧ Ｑｉ ｒ ｅｎ１ ２ （ １．Ｃｏ ｌ ｌ ｅｇｅｏ ｆＩ ｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅａｎｄＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ，Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ； ｙ，Ｘｉ ２．Ｆｕ ｉ ａｎＫｅｙＬａｂｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｆＬ ｉ ｔＰｒ ｏｐａｇａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄＴｒ ａｎｓ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎ，Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｊ ｙｏ ｇｈ ｙ，Ｘｉ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｔｈｅｖａ ｒ ｉ ｏｕｓｇａｍｕ ｔａ ｒ ｅ ａｉ ｎｄｅｘｏ ｆｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓａ ｒ ｅｃ ｏｍｐａ ｒ ｅｄａｎｄｔ ｈｅｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓｈ ｉ ｆｔ ｈｒ ｅ ｅｃ ｏｍｍｏｎ ｇｈ ｐｏ ｔａ ｒ ｅ ａｉ ｎｄｅｘｗｅ ｒ ｅｓ ｔ ｕｄ ｉ ｅｄ．４８ｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓｗｅ ｒ ｅｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅｄｆ ｏ ｒｎｕｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌｃ ａ ｌ ｃｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｕｓ ｉ ｎｇｔ ｈｅ ｉ ｒｓｐｅ ｃ ｔ ｒ ｕｍ． ｇａｍｕ ｇｈ ＧＡＩ），ＱＧｏ ｆｔ ｈｅｃ ｏ ｌ ｏ ｒｑｕａ ｌ ｉ ｔ ｃ ａ ｌ ｅ（ ＣＱＳ＿ ＱＧ）ａｎｄＲＧｏ ｆｔ ｈｅＩＥＳ ３０ １５ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖｅ Ｔｈｅｇａｍｕ ｔａ ｒ ｅ ａｉ ｎｄｅｘ （ ?ＴＭ? ? ｙｓ ｔｏ ｆｔ ｈｅ ｓ ｅｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓｗｅ ｒ ｅｃ ａ ｌ ｃｕ ｌ ａ ｔ ｅｄ，ａｎｄｔ ｈｅｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓａｍｏｎｇｔ ｈｅｔ ｈｒ ｅ ｅｃ ｏ ｌ ｏ ｒｇａｍｕ ｔａ ｒ ｅ ａ ｓｉ ｎｄｅｘ ｇａｍｕ ｇｈ ｗｅ ｒ ｅａｎａ ｌ ｚ ｅｄ．Ｔｈｅｒ ｅ ｓｕ ｌ ｔ ｓｓｈｏｗｅｄｔ ｈａ ｔｔ ｈｅｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｂｅ ｔｗｅ ｅｎＱＧａｎｄＲＧ ｗａ ｓｔ ｈｅｈ ｉ ｓ ｔ，ｗｈ ｉ ｌ ｅｔ ｈｅｃ ｏ ｒ ｒ ｅ  ｙ ｇｈｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｂｅ ｔｗｅ ｅｎＧＡＩａｎｄＱＧｏ ｒＲＧ ｗａ ｓｌ ｏｗ．Ａｄｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎａ ｌ ｌ ｈｅｃ ｏ ｌ ｏ ｒｓ ａｍｐ ｌ ｅｓ ｅ ｔ，ｃ ｏ ｌ ｏ ｒｓｐａ ｃ ｅａｎｄｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅｉ ｌ ｌ ｕ  ｙ，ｔ ｍｉ ｎａｎ ｔｈａｖｅａｓ ｉ ｉ ｆ ｉ ｃ ａｎ ｔｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｏｎｔ ｈｅｑｕａｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｇａｍｕ ｔａ ｒ ｅ ａ． ｇｎ ｔａ ｒ ｅ ａｏ ｆｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ；ｃ 犓犲 狉 犱 狊： ｃ ｏ ｌ ｏ ｒｑｕａ ｌ ｉ ｔ ｆｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ；ｃ ｏ ｌ ｏ ｒｒ ｅｎｄｅ ｒ ｉ ｎｇ；ｇａｍｕ ｏ ｌ ｏ ｒｓｐａ ｃ ｅ ｇｈ ｙｏ ｇｈ 狔狑狅 ［ ］ 目前，照明行业内通用的评价光源 显 色 性 的 显 色 指 标（ ＣＲＩ）存 在 着 诸 多 问 题 １?４ ．国 际 照 明 委 员 会 ［］ （ ＣＩＥ）定义的光源显色性（光源颜色品质）是与参考标准 光源 相比较，光源显 现物体颜 色的特 性 ５ ，而显 色指标 ＣＲＩ只评价了光源的颜色保真性 ． ＣＩＥ 分别研究评估新的光源颜色保真性的评价方法和除颜色 保真性以外的光源颜色品质的评价方法 ［６?７］．近几年来，研究者提出了许多评价光源颜色品质的 方法，其 中，绝大多数研究者认为光源色域面积是光源颜色品质非常重要的组成部分，光源色域面积不仅能表征 光源照射下物体表面颜色的彩度变化，还 能 在 一 定 程 度 上 评 价 人 眼 的 颜 色 偏 好 性 ［５，８?１１］．与 显 示 行 业 内 色域的概念有所不同，光源的色域面积是指颜色样本在某种光源照射下，计算出的在颜色空间中的色度 坐标所围成的面积，可以表示在光源照射下物体表面颜色彩度的平均变化（与参考光源相比），即在光源 收稿日期： ２０１９ ０２ １７ ? ? 通信作者： 朱大庆（ １９６６ Ｅ ｉ ｌ： ｚｈｕｄａｑ ｉ ｎｇ＠ｈｑｕ． ｅｄｕ． ｃｎ． ?），男，副教授，博士，主要从事照明与显示方向的研究 ． ?ｍａ 基金项目： 福建省科技计划（高 校 产 学 合 作）重 大 项 目 （ ２０１６Ｈ６０１６）；福 建 省 光 电 技 术 与 器 件 重 点 实 验 室 开 放 课 题 （ ＯＰＴ２０１６０３） 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６８４ ２０１９ 年 照射下物体表面颜色的多 彩 性 和 生 动 性 的 程 度 ［９?１３］．目 前，已 经 提 出 的 评 价 光 源 色 域 面 积 的 方 法 有 很 ［ ］ ［ ］ ［］ 多． Ｔｈｏ ｒｎ ｔ ｏｎ１２ 提出颜色分辨性指标（ ＣＤＩ）； Ｂｏｙｃ ｅ 等 １４ 提出 ＦＭ 色域面积指标（ ＦＭＧ）； Ｒｅ ａ 等 ９ 提出 ［ ］ ［ ］ 全色域指数（ ＧＡＩ）； Ｄａｖ ｉ ｓ等 １０ 提出光色品 质 色 域 面 积 指 标 （ ＣＱＳ＿ＱＧ）； Ｄａｖ ｉ ｄ 等 １１ 提 出 ＩＥＳ ?ＴＭ?３０? ［ １５］ １５ 相对色域面积（ ＲＧ）； Ｔｅｕｎ ｉ ｓ ｓ ｅｎ 等 提 出 相 对 色 域 面 积 指 标 （ ＲＧＡＩ）．本 文 对 多 种 光 源 色 域 面 积 的 评价方法进行概述，分析它们的异同点，并选取 ４８ 个光源进行数值计算，研究分析照明行业内比较关注 的 ３ 种光源色域面积指标 ＧＡＩ， ＣＱＳ＿ ＱＧ 和 ＩＥＳ ３０ １５ＲＧ 值的差异 ． ?ＴＭ? ? １ 不同光源色域面积指标的比较 光源色域面积的计算流程基本 一 致，但 计 算 过 程 中 采 用 的 颜 色 样 本、颜 色 空 间 及 参 考 光 源 各 有 不 同． ６ 种典型的色域面积计算中，采用的颜色样本、颜色空间和参考光源，如表 １ 所示 ． 表 １ ６ 种典型的色域面积的计算要素 Ｔａｂ． １ Ｃａ ｌ ｃｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｅ ｌ ｅｍｅｎ ｔ ｓｏ ｆｓ ｉ ｘｔ ｉ ｃ ａ ｌｇａｍｕ ｔａ ｒ ｅ ａ ｓ ｙｐ 光源色域面积指标 年份 ＣＤＩ ＦＭＧ ＧＡＩ ＣＱＳ＿ ＱＧ ＩＥＳ ３０ １５ＲＧ ?ＴＭ? ? ＲＧＡＩ １９７２ １９７７ ２００８ ２０１０ ２０１５ ２０１６ 颜色样本（数量） ＣＩＥＴＣＳ（ ８） Ｆａ ｒ ｎｓｗｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｌ ｌ１００ｈｕｅ（ ８５） ?Ｍｕｎｓ ＣＩＥＴＣＳ（ ８） Ｍｕｎｓ ｅ ｌ ｌｓ ａｍｐ ｌ ｅ ｓ（ １５） ＣＥＳ（ ９９／１６） ＣＩＥＴＣＳ（ ８） 颜色空间 ＣＩＥ１９６０ＵＣＳ ＣＩＥ１９６０ＵＣＳ ＣＩＥ１９７６ＵＣＳ ＣＩＥＬＡＢ ＣＡＭ０２ ?ＵＣＳ ＣＡＭ０２ ?ＵＣＳ 参考光源 照明体 Ｃ 照明体 Ｃ 等能照明体 Ｅ 黑体辐射／Ｄ 照明体 黑体辐射／混合／Ｄ 照明体 黑体辐射／Ｄ 照明体 由表 １ 可知：在 ＣＤＩ， ＧＡＩ和 ＲＧＡＩ的 计 算 中，均 采 用 计 算 显 色 指 标 ＣＲＩ 中 使 用 的 ８ 个 颜 色 样 本 （ ＣＩＥ ＴＣＳ）； ＦＭＧ 采用了 Ｆａ ｒｎｓｗｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｌ ｌ１００ｈｕｅ 色 样； ＣＱＳ＿ ＱＧ 采 用 了 １５ 种 比 ＣＩＥ ＴＣＳ 颜 色 ?Ｍｕｎｓ 更饱和的 Ｍｕｎｓ ｅ ｌ ｌｓ ａｍｐ ｌ ｅ ｓ色样； ＩＥＳ ３０ １５ＲＧ 则是采用从 １０５０００ 个生活中常见物品的颜色中选 ?ＴＭ? ? 出的 ９９ 个均匀分布的颜色色样（ ＣＥＳ）．色域面 积 计 算 中，采 用 的 颜 色 空 间 逐 步 更 新，因 此，计 算 光 源 色 ［ １６］ 域面积时，更倾向于使用颜色空间更均匀、与感知色差相关程度更高的 ＣＡＭ０２ ?ＵＣＳ ． 对于参考光源的选择， ＣＤＩ， ＦＭＧ 和 ＧＡＩ均采用固定的参考光源，而 ＣＱＳ＿ ＱＧ， ＩＥＳ ３０ １５ＲＧ ?ＴＭ? ? 和 ＲＧＡＩ采用的参考光源由测试光源的色温决定 ．在 ＣＱＳ＿ ＱＧ 和 ＲＧＡＩ的计算 中，当 测 试 光 源 色 温 小 于 ５０００Ｋ 时，采用黑体辐射；当色温大于 ５０００Ｋ 时，采用 Ｄ 照明体 ．在 ＩＥＳ ３０ １５ＲＧ 的计算中， ?ＴＭ? ? 当测试光源色温小于等于 ４５００Ｋ 时，采用黑体辐射；当测 试光源 色温 大于 等 于 ５５００Ｋ 时，采 用 Ｄ 照 明体；而当测试光源色温大于 ４５００Ｋ，小于 ５５００Ｋ 时，采用黑体辐射与 Ｄ 照明体混合的光源 ［１１］．光源 色域面积计算 中，参考光源的 色域面 积 为 １００，当 测试光 源的 色域面积大于 １００ 时，表示 光源 照 射 下 物 体颜色饱和度增大；当色域面积小于 １００ 时，表示光源照射下物体颜色饱和度减小 ． ２ 数值计算 为更好地分析 ＧＡＩ， ＣＱＳ＿ ＱＧ， ＩＥＳ ３０ １５ＲＧ 等 ３ 种光源色域面积间 的关 系，选 取 ４８ 组光源， ?ＴＭ? ? 按色温分成 ４ 组，记为 Ｏ２８００Ｋ， Ｏ４０００Ｋ， Ｏ５０００Ｋ， Ｏ６５００Ｋ，利用 ＭＡＴＬＡＢ 计算它们的 ＧＡＩ值， ＣＱＳ＿ ＱＧ 值和ＩＥＳ ３０ １５ＲＧ 值 ． ４８ 组光源分别是实验室理论光源、市场购买的商业光源、 ＣＩＥ 标 准光源 ?ＴＭ? ? 和各种照明体，其光谱分布如图 １ 所示 ．图 １ 中：λ 为波长 ．表 ２， ３ 分别为 ４８ 个光源的光谱类型和部分 （ ａ）Ｏ２８００Ｋ （ ｂ）Ｏ４０００Ｋ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 廖欣怡，等：光源色域面积评价方法的比较分析 （ ｃ）Ｏ５０００Ｋ ６８５ （ ｄ）Ｏ６５００Ｋ 图 １ ４８ 个光源的光谱分布 Ｆ ｉ １ Ｓｐｅ ｃ ｔ ｒ ｕｍｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆ４８ｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｇ． ｇｈ 表 ２ ４８ 个光源的光谱类型 Ｔａｂ． ２ Ｓｐｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｌｔ ｓｏ ｆ４８ｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｙｐｅ ｇｈ 序号 １ ２ ３ ４ Ｏ２８００Ｋ 三波峰 （ ４４８／５１５／６３０） Ｏ４０００Ｋ 双波峰 （蓝光 ４４０＋ 荧光粉） Ｏ５０００Ｋ 四波峰 （ ４４５／５００／５９５／６３５） Ｏ６５００Ｋ 三波峰 （ ４５７／５０５／５９５） 三波峰 （ ４３９／５２０／６２５） 三波峰 （ ４４５／５２０／６２５） 三波峰 （ ４４５／５００／６００） 三波峰 （ ４４５／５１５／６２５） 三波峰 （ ４４５／５１０／６６０） 三波峰 （ ４５０／５１５／６６０） 三波峰 （ ４４５／５２０／６６０） 双波峰 （蓝光 ４４０＋ 荧光粉） 三波峰 （ ４４５／５１５／６２５） 双波峰 （蓝光 ４４０＋ 荧光粉） 三波峰 （ ４４５／５００／６６０） 三波峰 （ ４４５／４９５／６００） 双波峰 （蓝光 ４４５＋ 荧光粉） 四波峰 三波峰 三波峰 （ （ （ ４４５／５１５／６２０／６６０） ４４５／５２０／６２０） ４４５／５２０／５９０） 双波峰 五波峰 六波峰 三波峰 （蓝光 ４４５＋ 荧光粉） （ （ ４４５／４７５／５２０／５７０／６３５） （ ４４０／４７５／５１０／５９０／６２０／６６０） ４４５／５２０／５９５） 双波峰 双波峰 双波峰 六波峰 （蓝光 ４４５＋ 荧光粉） （蓝光 ４４５＋ 荧光粉） （蓝光 ４４５＋ 荧光粉） （ ４４０／４７５／５１０／５９０／６３５／６５５） ５ ６ ７ ８ 双波峰 （蓝光 ４４５＋ 荧光粉） 双波峰 （蓝光 ４４５＋ 荧光粉） 双波峰 （蓝光 ４４５＋ 荧光粉） 双波峰 （蓝光 ４４０＋ 荧光粉） ９ 双波峰 （蓝光 ４４５＋ 荧光粉） 黑体辐射 黑体辐射 黑体辐射 Ａ 光源 三波峰 （ ４９５／６００／６２５） Ｄ４０ 三波峰 （ ４７５／５１０／５９５） 双波峰 （ ４７２／６００） 四波峰 （ ４４０／４７０／５１５／６００） Ｄ５０ 四波峰 （ ４４５／４９５／６００／６５５） 五波峰 （ ４４５／４７５／４９５／５９５／６３５） Ｄ６５ 四波峰 （ ４４５／４７５／５１５／５９５） 五波峰 （ ４４５／４７０／５２５／５９５／６３５） １０ １１ １２ 表 ３ ４８ 个光源的部分色度参数 Ｔａｂ． ３ Ｐａ ｒ ｔｃ ｏ ｌ ｏ ｒ ｉｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓｏ ｆ４８ｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｇｈ 狓 狔 Ｏ２８００Ｋ 犜ｃ／Ｋ Ｄｕｖ ＣＲＩ １ ０． ４５３０ ０． ４０８２ ２７８０ －０． ０００２６０ ４８ ２ ３ ４ ５ ０． ４５３９ ０． ４５０３ ０． ４４９０ ０． ４５０６ ０． ４０８３ ０． ４０９４ ０． ４０８４ ０． ４０６７ ２７６７ ２８２９ ２８４２ ２８０３ －０． ０００３４０ ０． ０００４５３ ０． ０００２１１ －０． ０００６１０ ８６ ９３ ６７ ８１ ６ ０． ４５１８ ０． ４０９５ ２８０８ ０． ０００３４５ ８１ ７ ０． ４４９７ ０． ４０４１ ２７９６ －０． ００１５１０ ８１ ８ ０． ４４９２ ０． ４０１８ ２７８５ －０． ００２３６０ ８０ 序号 ９ ０． ４４８９ ０． ３９９６ ２７７１ －０． ００３１７０ ８０ １０ ０． ４４７６ ０． ４０７４ ２８５５ ０． ００００１４ １００ １１ ０． ４４９４ ０． ４０８３ ２８３５ ０． ０００１５３ ６９ １２ ０． ４５１２ ０． ４１０７ ２８２７ ０． ０００８５８ ６３ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６８６ ２０１９ 年 续表 Ｃｏｎ ｔ ｉ ｎｕｅｔ ａｂ ｌ ｅ 狓 狔 Ｏ４０００Ｋ 犜ｃ／Ｋ ０． ３８１５ ０． ３７７５ ３９７６ １． ８７×１０－５ ７１ －５ 序号 １ Ｄｕｖ ＣＲＩ ２ ０． ３８１９ ０． ３７７５ ３９６６ －７． ２２×１０ ５２ ３ ０． ３７８５ ０． ３７６６ ４０５１ ０． ０００４８６ ５４ ４ ０． ３８０２ ０． ３７６４ ４００５ ０． ００００６７ ４５ ５ ０． ３８０６ ０． ３７７７ ４００２ ０． ０００３８２ ６７ ６ ０． ３８０１ ０． ３７７１ ４０１２ ０． ０００２８２ ９０ ７ ０． ３７９３ ０． ３７６９ ４０３３ ０． ０００４２６ ８３ ８ ０． ３７９９ ０． ３７９４ ４０３３ ０． ００１３６６ ８３ ９ ０． ３８０５ ０． ３７６８ ４０００ ０． ０００００７ ８３ １０ ０． ３８２０ ０． ３８３７ ４００９ ０． ００２７７５ １００ １１ ０． ３７９４ ０． ３７８５ ４０４３ ０． ００１１４０ ９８ １２ ０． ３８２３ ０． ３８０５ ３９７７ ０． ００１１９４ ６９ 狓 狔 Ｏ５０００Ｋ 犜ｃ／Ｋ Ｄｕｖ ＣＲＩ １ ０． ３４６６ ０． ３５８５ ４９６９ ０． ００２８４９ ５１ ２ ０． ３４５１ ０． ３５９６ ５０２６ ０． ００３９５３ ５４ ３ ０． ３４５８ ０． ３５８４ ４９９６ ０． ００３１０９ ７３ ４ ０． ３４４８ ０． ３５９３ ５０３５ ０． ００３９１５ ６８ ５ ０． ３４５６ ０． ３６０９ ５０１４ ０． ００４４１７ ８５ ６ ０． ３４５３ ０． ３５９４ ５０１９ ０． ００３８２０ ９８ ７ ０． ３４４０ ０． ３６８３ ５０８９ ０． ００８５８８ ７１ ８ ０． ３４３９ ０． ３６６０ ５０８８ ０． ００７５２８ ７０ ９ ０． ３４５１ ０． ３５１７ ４９９９ ０． ００００１１ １００ １０ ０． ３４５７ ０． ３５８６ ５０００ ０． ００３２１９ １００ １１ ０． ３４５８ ０． ３５９８ ５００２ ０． ００３７９６ ６２ １２ ０． ３４６９ ０． ３５８６ ４９５６ ０． ００２７４６ ７３ 狓 狔 Ｏ６５００Ｋ 犜ｃ／Ｋ Ｄｕｖ ＣＲＩ １ ０． ３１２２ ０． ３２８５ ６５３７ ０． ００３２３４ ７０ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ ０． ３１３３ ０． ３１１９ ０． ３１１８ ０． ３１２４ ０． ３１２８ ０． ３１２２ ０． ３１２９ ０． ３１３６ ０． ３１２８ ０． ３１２８ ０． ３１４０ ０． ３２９３ ０． ３３１８ ０． ３３０１ ０． ３３００ ０． ３３０４ ０． ３２９６ ０． ３３０８ ０． ３２３７ ０． ３２９１ ０． ３２７０ ０． ３３２４ ６４７２ ６５２４ ６５４３ ６５１２ ６４８８ ６５２５ ６４８１ ６４９７ ６４９６ ６５１４ ６４１２ ０． ００３０５７ ０． ００５０１９ ０． ００４２１６ ０． ００３８７５ ０． ００３８９０ ０． ００３７３４ ０． ００４０３６ ０． ００００１４ ０． ００３１６９ ０． ００２１４５ ０． ００４２９２ ６９ ６１ ７１ ７８ ８３ ９９ ８５ ９８ １００ ７４ ８０ 序号 序号 色度参数． 表 ３ 中： 狓， 犜ｃ 为色温； Ｄｕｖ 为色偏移值 ． 狔 为色度坐标； 将光谱数据导入 ＭＡＴＬＡＢ 中，计算 ４８ 种光源对应的 ＧＡＩ值， ＣＱＳ＿ ＱＧ（简称 ＱＧ）值和 ＩＥＳ ?ＴＭ? ３０ １５ＲＧ（简称 ＲＧ）值，结果如表 ４ 所示 ． ? 由表 ４ 可知：色温为 ２８００， ４０００， ５０００Ｋ 的光源的 ＧＡＩ值偏小，与 ＱＧ 值， ＲＧ 值 相 差 很 大，而 色 温为 ６５００ Ｋ 的 光 源 的 ＧＡＩ 值 与 ＱＧ 值，ＲＧ 值 相 差 不 大；除 了 个 别 光 源 （Ｏ４０００Ｋ２，Ｏ４０００Ｋ３， Ｏ４０００Ｋ４， Ｏ５０００Ｋ２）外，大部分光源的 ＱＧ 值， ＲＧ 值 相 差 都 不 大 ．虽 然 ４８ 个 光 源 的 ＧＡＩ值， ＱＧ 值 和 ＲＧ 值各不相同，但是光源之间的 ＧＡＩ值， ＱＧ 值 和 ＲＧ 值 大 小 关 系 基 本 一 致，除 了 光 源 Ｏ２８００Ｋ１２，其 ＱＧ 值和 ＲＧ 值比其他同色温的光源都小，而 ＧＡＩ值比大部分同色温的光源都大 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 廖欣怡，等：光源色域面积评价方法的比较分析 ６８７ 表 ４ ４８ 个光源的 ＧＡＩ， ＱＧ 和 ＲＧ 值 Ｔａｂ． ４ ＧＡＩ，ＱＧａｎｄＲＧｖａ ｌ ｕｅ ｓｏ ｆ４８ｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｇｈ Ｏ２８００Ｋ 参数 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ ＧＡＩ ６１ ６０ ５４ ３９ ４９ ４８ ５１ ５１ ５２ ５３ ４２ ５３ ＱＧ １１０ １０９ ９９ ７３ ９０ ９０ ９０ ８９ ８８ ９７ ７８ ７２ ＲＧ １１１ １１４ １０５ ８０ ９６ ９６ ９６ ９６ ９５ １００ ７９ ７９ ９ １０ １１ １２ Ｏ４０００Ｋ 参数 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ＧＡＩ ７４ ８９ ９４ １０５ ９６ ７７ ７３ ７２ ７９ ７６ ６１ ６９ ＱＧ ９６ １１２ １１９ １３３ １２１ ９９ ９５ ９４ １０２ １０３ ８０ ９０ ＲＧ ９９ １０４ １０９ １２０ １１５ ９６ ９６ ９５ １００ ９９ ８０ ９４ Ｏ５０００Ｋ 参数 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ ＧＡＩ １０２ １１５ ８３ １０９ １００ ８９ ７６ ７７ ９１ ８８ ７３ ７３ ＱＧ １１３ １３３ ９６ １２２ １１５ １０４ ９５ ９５ １０２ １０２ ８３ ８４ ＲＧ １０５ １２０ ９９ １１６ １１１ １０２ ９５ ９６ １０１ １００ ８４ ８５ Ｏ６５００Ｋ 参数 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ ＧＡＩ ７８ ８６ １１０ ８６ ９１ ９３ ９８ ８７ １００ ９７ ８３ ８６ ＱＧ ８０ ９０ １１２ ８７ ９４ ９５ １００ ９１ １００ １００ ８４ ９１ ＲＧ ８０ ９５ １０４ ９０ ９９ １００ １００ ９２ １０２ １００ ８４ ９５ ３ 实验结果与分析 将 ４８ 个 光 源 的 ３ 种 色 域 面 积 指 标 进 行 两 两 比 较，结 果如图 ２ 所示 ． 由图 ２（ ａ）可知：色温 为 ２８００， ４０００， ５０００ Ｋ 光 源 的 ＧＡＩ值普 遍 比 ＱＧ 值 小，尤 其 是 色 温 为 ２８００ Ｋ 的 光 源； 色温为 ６５００Ｋ 光源 的 ＧＡＩ 值 与 ＱＧ 值 较 相 近；这 ４８ 个 光源的 ＧＡＩ值与 ＱＧ 值的相关性系数为 ０． ５２９３，其中，色 温为 ２８００Ｋ 的光源 的 ＧＡＩ值 与 ＱＧ 值 的 相 关 性 系 数 为 （ ａ）ＧＡＩ值与 ＱＧ 值的比较 ０． ６４６２，而色温为 ４０００， ５０００， ６５００Ｋ 光源的 ＧＡＩ值与 （ ｂ）ＧＡＩ值与 ＲＧ 值的比较 （ ｃ）ＱＧ 值与 ＲＧ 值的比较 图 ２ ４８ 个光源 ３ 种色域面积计算值的比较 Ｆ ｉ ２ Ｃｏｍｐａ ｒ ｉ ｓ ｏｎｏ ｆｔ ｈｒ ｅ ｅｇａｍｕ ｔｉ ｎｄｅｘｅ ｓｖａ ｌ ｕｅ ｓｏ ｆ４８ｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｇ． ｇｈ ＱＧ 值的相关性系数分别为 ０． ９８８２， ０． ９６３９， ０． ９６８３． 由图 ２（ ｂ）可知：色温为 ２８００， ４０００， ５０００Ｋ 光源的 ＧＡＩ值普遍比 ＲＧ 值小，尤 其是色温 为 ２８００ Ｋ 的光源，色温为６５００Ｋ 光源的 ＧＡＩ值与 ＲＧ 值比较相近； ＧＡＩ值与 ＲＧ 值的相关性系数为０． ３５３８， 其中， ２８００Ｋ 光源的 ＧＡＩ值和 ＲＧ 值的相关系数为 ０． ６５８０，而４０００， ５０００， ６５００Ｋ 光源的 ＧＡＩ值与 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６８８ ２０１９ 年 ＲＧ 值的相关系数分别为 ０． ９３３５， ０． ９１２５， ０． ７８９５． 由图 ２（ ｃ）可知： ４８ 个光源的 ＱＧ 值和 ＲＧ 值比较相近 ．对于这 ４８ 种光源， ＱＧ 值与 ＲＧ 值的相关性 系数平均值为 ０． ９０７６，其中，色温为 ２８００， ４０００， ５０００， ６５００Ｋ 光源的 ＱＧ 值与 ＲＧ 值的相关 性系数 分别为 ０． ９７２８， ０． ９４６６， ０． ９６５２ 和 ０． ８４５５． 通过上述比较可知， ＧＡＩ值与 ＱＧ 值， ＲＧ 值的总体相关性不高，但是按色 温不同 单独 比较分 析，发 现低色温光源的 ＧＡＩ值与 ＱＧ 值， ＲＧ 值的相关性不 高，而高色 温光 源的 ＧＡＩ值 与 ＱＧ 值， ＲＧ 值 的 相 关性较高，这是由于色域面积计算过程中采用了不同的参考光源 ． 为了更好地说明色域面积计算过程中参考光源的影响，将 ＧＡＩ值计算过程中使用的参 考光源 替换 成 ＣＱＳ＿ ＱＧ 计算过程中使用的参考光源，计算出的色域面积记为 ＧＡＩ＿ ＢＤ．将所计算得到 ４８ 个 光源的 ＧＡＩ＿ ＢＤ 值，与 ＧＡＩ值， ＣＱＳ＿ ＱＧ 值， ＩＥＳ ３０ １５ＲＧ 值进行比较，如图 ３ 所示 ． ?ＴＭ? ? （ ａ）Ｏ２８００Ｋ （ ｂ）Ｏ４０００Ｋ （ ｃ）Ｏ５０００Ｋ （ ｄ）Ｏ６５００Ｋ 图 ３ ４８ 个光源的 ＧＡＩ， ＱＧ， ＲＧ 和 ＧＡＩ＿ ＢＤ 值 Ｆ ｉ ３ ＧＡＩ，ＱＧ，ＲＧａｎｄＧＡＩ＿ ＢＤｖａ ｌ ｕｅ ｓｏ ｆ４８ｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｇ． ｇｈ 由图 ３ 可知：对于低色温的光源，它们的 ＧＡＩ＿ ＢＤ 值 明 显 比 ＧＡＩ值 大 ．这 是 因 为 ＧＡＩ值 的 计 算 采 用 固定参考光源，即相关色温为 ５４５５Ｋ 的等能照明体 Ｅ，而 ＱＧ 值， ＲＧ 值和 ＧＡＩ＿ ＢＤ 的计算采用参考 光源，需根据测试光源的色温选择 ．研究表明，采用固定参考光源计算光源色域面积时，对低色温的光源 来说，计算出的色域面积值都小于实际的颜色感知值 ［１６］．由图 ３ 还可知： Ｏ２８００Ｋ１２ 光源 的 ＧＡＩ值比大 部分同色温光源的 ＧＡＩ值大， ＱＧ 值和 ＲＧ 值比同 色 温 光 源 的 都 小，原 因 可 能 是 ＧＡＩ值 计 算 中 使 用 的 颜色样本分布不均匀，且光源颜色饱和度较高 ． Ｏ２８００Ｋ１２ 的光谱类型是 双波峰 型，且 ２ 个 峰都比较窄， 光源的颜色饱和度较高，其中，橙光占比达到 ２８． ７５％． 把 ＧＡＩ值计算流程中的颜色样本替换成计算 ＣＱＳ＿ ＱＧ 值时采用的 １５ 个分布更 均匀 的颜色 样本， 计算的色域面积记为 ＧＡＩ＿ １５．比 较 Ｏ２８００Ｋ 光 源 的 ＧＡＩ 值 和 ＧＡＩ＿ １５ 值，如 表 ５ 所 示 ．由 表 ５ 可 知： Ｏ２８００Ｋ１２ 的 ＧＡＩ＿ １５ 值仅为 ３９，比同色温 其 他 光 源 的 ＧＡＩ＿ １５ 值 都 小 ．也 就 是 说，颜 色 样 本 的 均 匀 性 会影响光源色域面积的计算结果，尤其是对高饱和度的光源，采用分布不均匀的颜色样本计算得到的色 域面积值可能会虚高 ． 通过上述比较还可知， ＱＧ 值与 ＲＧ 值的相关性最高，按色温不同单独分析，发现色温为 ６５００Ｋ 的 光源的 ＱＧ 值与 ＲＧ 值的相关性降低 ．除了 Ｏ６５００Ｋ３ 光源的 ＱＧ 值比 ＲＧ 值大，同色温其他光源的 ＱＧ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 廖欣怡，等：光源色域面积评价方法的比较分析 ６８９ 值都小于或等于 ＲＧ 值（表 ４）．将 ＱＧ 值和 ＲＧ 值计算流程中使用的颜色样本互相替换，计算的色域面 积分别记为 ＱＧ＿ ９９ 和 ＲＧ＿ １５．比 较 Ｏ６５００Ｋ 光 源 的 ＱＧ 值， ＱＧ＿ ９９ 值 和 ＲＧ 值， ＲＧ＿ １５ 值，如 表 ６ 所 示 ．由表 ６ 可知： Ｏ６５００Ｋ 光源的 ＲＧ 值和 ＲＧ＿ １５ 值基本 没有 差别，而 ＱＧ 值和 ＱＧ＿ ９９ 值 相 差 较 大，尤 其是有尖锐波峰的光源 ． 表 ５ Ｏ２８００Ｋ 光源的 ＧＡＩ和 ＧＡＩ＿ １５ 值 Ｔａｂ． ５ ＧＡＩａｎｄＧＡＩ＿ １５ｖａ ｌ ｕｅ ｓｏ ｆＯ２８００Ｋｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ Ｏ２８００Ｋ 参数 ＧＡＩ １５ ＧＡＩ＿ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ ６１ ６０ ５４ ３９ ４９ ４８ ５１ ５１ ５２ ５３ ４２ ５３ ５５ ５７ ５３ ４０ ５１ ４９ ５２ ５３ ５３ ５４ ４１ ３９ １０ １１ １２ 表 ６ Ｏ６５００Ｋ 光源的 ＱＧ＿ ９９ 和 ＲＧ＿ １５ 值 Ｔａｂ． ６ ＱＧ＿ ９９ａｎｄＲＧ＿ １５ｖａ ｌ ｕｅ ｓｏ ｆＯ６５００Ｋｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ Ｏ６５００Ｋ 参数 １ ２ ３ ＱＧ ８０ ＱＧ＿ ９９ １０１ ９０ １１２ ８７ ９４ ９５ １００ ９１ １００ １００ ８４ ９１ １１０ １１８ １２９ １３１ １４２ １０２ １０５ １０２ １００ １０１ １０６ ８０ ９５ １０４ ９０ ９９ １００ １００ ９２ １０２ １００ ８４ ９５ ８１ ９４ １０３ ８９ ９７ ９７ １００ ９２ １０２ １００ ８５ ９４ ＲＧ ＲＧ＿ １５ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 为了更好地 说 明 颜 色 样 本 和 颜 色 空 间 在 色 域 面 积 计算过程中 的 影 响，比 较 ４８ 种 光 源 的 ＱＧ 值，ＱＧ＿ ９９ 值， ＲＧ 值和 ＲＧ＿ １５ 值，结果如图 ４ 所示 ．图 ４ 中： １～１２ 为 Ｏ２８００Ｋ 光 源； １３～２４ 为 Ｏ４０００Ｋ 光 源； ２５～３６ 为 Ｏ５０００Ｋ 光源； ３７～４８ 为 Ｏ６５００Ｋ 光源 ． 由图 ４ 可知： ４８ 个 光 源 的 ＲＧ 值 和 ＲＧ＿ １５ 值 相 差 不大， ＱＧ 值 和 ＱＧ＿ ９９ 值 相 差 却 很 大 ． ＱＧ 值 计 算 中 采 用的颜色样本都是高饱和度 的，而 ＲＧ 值 计 算 中 采 用 的 ［ ］ 颜色样本既有高饱 和 度 也 有 中 等 饱 和 度， Ｒｏｙｅ ｒ１７ 提 出 使用全是高饱和度的颜色样 本计算色 域面积 时，光 源 色 域面积可能会被压缩，这也是 ４８ 个 光 源的 ＱＧ＿ ９９ 值 比 图 ４ ４８ 个光源的 ＱＧ， ＱＧ＿ ９９， ＲＧ 和 ＲＧ＿ １５ 值 Ｆ ｉ ４ ＱＧ，ＱＧ＿ ９９，ＲＧａｎｄＲＧ＿ １５ ｇ． ｖａ ｌ ｕｅ ｓｏ ｆ４８ｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｇｈ ＱＧ 值 大 很 多 的 原 因 ．研 究 表 明， ＲＧ 值 计 算 中 使 用 的 ＣＡＭ０２ ?ＵＣＳ 要比 ＱＧ 值使用的 ＣＩＥＬＡＢ 更均匀，使用 ＣＩＥＬＡＢ 颜色空间计算的色域面 积呈现为 红? 绿 轴为长轴的椭圆状 ［１１，１６１７］．这也是４８ 个光源的 ＲＧ 值和 ＲＧ＿ １５ 值相差不大，而４８ 个光源的 ＱＧ 值和 ＱＧ＿ ９９ 值相差很大的原因 ． 综上所述， ＧＡＩ值与 ＱＧ 值， ＲＧ 值之间的相关性不高，而 ＱＧ 值和 ＲＧ 值之 间的 相关性 较高，且色 域面积计算中采用的参考光源的颜色样本和颜色空间对计算结果有影响 ．目前，大多研究者倾向于采用 ［ ］ ＣＡＭ０２ＵＣＳ 和根据测试光源的色温选 择 参 考 光 源 来 计 算 光 源 色 域 面 积 １６１７ ．虽 然 光 源 色 域 面 积 值 能 评价各个颜色彩度的平均变化，光源的色域面积越大，照射 下的 物体表 面 颜 色 越 鲜 艳，光 源 也 更 受 人 喜 欢，但是对于色域面积值相同的光源来说，色域面积值提供的信息有限 ．因此，除了关注色域面积的大小 外，还需要关注光源的色域面积形状 ．目前，关于色域面 积形状 的 研 究 有 许 多 ［１８１９］，但 是，若 要 量 化 色 域 形状并最终引进照明行业，还有许多工作要做 ． ４ 结束语 对光源色域面积的评 价 方 法 进 行 概 述，选 取 ４８ 个 不 同 色 温 和 光 源 类 型 的 光 源，计 算 其 ＧＡＩ 值， ＣＱＳ＿ ＱＧ 值和 ＩＥＳ ３０ １５ＲＧ 值，分 析 这 三 者 之 间 的 关 系 ．虽 然 光 源 色 域 面 积 的 计 算 方 法 不 尽 相 ?ＴＭ? ? 同，但是光源色域面积计算过程中采用的颜色样本、颜色空间与参考光 源都各 不相 同 ．通 过比较 分析 ４８ 个光源的 ＧＡＩ值， ＱＧ 值和 ＲＧ 值发现： ＱＧ 值与 ＲＧ 值 的 相 关 性 较 高， ＧＡＩ值 与 ＱＧ 值， ＲＧ 值 的 相 关 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６９０ ２０１９ 年 性都不高；对同色温光源 的 ＧＡＩ值， ＱＧ 值 和 ＲＧ 值 进 行 比 较 分 析 发 现， ４０００， ５０００， ６５００ Ｋ 光 源 的 ＧＡＩ值与 ＱＧ 值， ＲＧ 值 的 相关性都 比较高 ．色 域面 积计算过 程中 采用的 颜色样本、颜色空 间和 参考光 源对计算的结果都有影响，大多研究者推荐采用多色温的参考光源，适量颜色饱和度不一的颜色样本和 更先进的颜色空间来计算光源色域面积 ． 参考文献： ［ １］ ＡＡＺＡＭＩ Ｍ Ａ， ＪＡＬＩＬＩＥ．Ｍｅ ｔ ｈｏｄｏ ｆｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｉ ｎｇａｎｄｓｐｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｎｇｃ ｏ ｌ ｏｕ ｒｒ ｅｎｄｅ ｒ ｉ ｎｇｐ ｒ ｏｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓｏ ｆｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ，ＣＩＥ ｙ ｇｈ ／＄ｌ Ｐｕｂ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ１３． ３ １９９５，Ｃｅｎ ｔ ｒ ａ ｌＢｕ ｒ ｅ ａｕＯｆｔ ｈｅＣＩＥ，Ｖｉ ｅｎｎａ，Ａｕｓ ｔ ｒ ｉ ａ，１９９５，２０ｐｐ，＄７６ （ ｍｅｍｂｅ ｒ ｓ） １４ （ ｎｏｎ  ? Ｊ］． Ｃｏ ｌ ｏ ｒＲｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈａｎｄＡｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ， ２０１０， ２０（ ３）： ２１２． ＤＯＩ： １０． １００２／ｃ ｏ ｌ． ５０８０２００３１３． ｍｅｍｂｅ ｒ ｓ）［ ［ ２］ ＷＡＬＴＥＲ Ｗ．Ｈｏｗ ｍｅ ａｎ ｉ ｎｇ ｆ ｕ ｌｉ ｓｔ ｈｅＣＩＥｃ ｏ ｌ ｏ ｒｒ ｅｎｄｅ ｒ ｉ ｎｇｉ ｎｄｅｘ？［ Ｊ］． Ｌ ｉ ｔ ｉ ｎｇ Ｄｅ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ， １９８１， １１ ｇｈ ｇｎａｎｄ Ａｐｐ （ ２）： １３ １５． ? ［ ３］ ＳＥＩＭ Ｔ． Ｉ ｎｓ ｅ ａ ｒ ｃｈｏ ｆａｎｉｍｐ ｒ ｏｖｅｄｍｅ ｔ ｈｏｄｆ ｏ ｒａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｇｔ ｈｅｃ ｏ ｌ ｏｕ ｒｒ ｅｎｄｅ ｒ ｉ ｎｇｐ ｒ ｏｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓｏ ｆｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ［ Ｊ］． Ｌ ｉ ｔ ｉ ｎｇ ｇｈ ｇｈ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈａｎｄＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， １９８５， １７（ １）： １２ ２２． ＤＯＩ： １０． １１７７／１４７７１５３５８５０１７００１０４０１． ? ［ ４］ ＷＯＲＴＨＥＹＪＡ． Ｃｏ ｌ ｏ ｒｒ ｅｎｄｅ ｒ ｉ ｎｇ：Ａｓｋ ｉ ｎｇｔ ｈｅｑｕｅ ｓ ｔ ｉ ｏｎ［ Ｊ］． Ｃｏ ｌ ｏ ｒＲｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈａｎｄＡｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ， ２００３， ２８（ ６）： ４０３ ４１２． ? ＤＯＩ： １０． １００２／ｃ ｏ ｌ． １０１９３． ［ ５］ 胡威捷，汤顺青，朱正芳 ．现代颜色技术原理及应用［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社， ２００７． ［ ６］ ＨＯＵＳＥＲ Ｋ Ｗ，ＷＥＩＭｉ ｎｃｈｅｎ， ＤＡＶＩＤ Ａ， 犲 狋犪 犾． Ｒｅ ｖ ｉ ｅｗｏ ｆｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅ ｓｆ ｏ ｒｌ ｉ ｔ ｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅｃ ｏ ｌ ｏ ｒｒ ｅｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｃ ｏｎｓ ｉ ｄｅ ｒ ａ  ? ｇｈ ａ ｓｕ ｒ ｅｓｙ ｓ ｔ ｅｍｆ ｏ ｒｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｉ ｎｇｃ ｏ ｌ ｏ ｒｒ ｅｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎ［ Ｊ］．Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓＥｘｐ ｒ ｅ ｓ ｓ， ２０１３， ２１（ ８）： １０３９３?１０４１１． ｔ ｉ ｏｎｓｆ ｏ ｒａｔｗｏ ?ｍｅ ＤＯＩ： １０． １３６４／ＯＥ． ２１． ０１０３９３． ［ ８］ ＧＵＯ Ｘｉ ｎ， ＨＯＵＳＥＲ Ｋ Ｗ．Ａｒ ｅ ｖ ｉ ｅｗ ｏ ｆｃ ｏ ｌ ｏｕ ｒｒ ｅｎｄｅ ｒ ｉ ｎｇｉ ｎｄ ｉ ｃ ｅ ｓａｎｄｔ ｈｅ ｉ ｒａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｔ ｏｃ ｏｍｍｅ ｒ ｃ ｉ ａ ｌｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｇｈ ［ Ｊ］． Ｌ ｉ ｔ ｉ ｎｇＲｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈａｎｄＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， ２００４， ３６（ ３）： １８３ １９７． ＤＯＩ： １０． １１９１／１３６５７８２８０４ ｌ ｉ １１２ｏａ． ? ｇｈ ［ ９］ ＲＥＡ Ｍ Ｓ， ＦＲＥＹＳＳ ＩＮＩＥＲ?ＮＯＶＡＪＰ． Ｃｏ ｌ ｏ ｒｒ ｅｎｄｅ ｒ ｉ ｎｇ：Ａｔ ａ ｌ ｅｏ ｆｔｗｏｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｓ［ Ｊ］． Ｃｏ ｌ ｏ ｒＲｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈａｎｄＡｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ， ２００８， ３３（ ３）： １９２ ２０２． ＤＯＩ： １０． １００２／ｃ ｏ ｌ． ２０３９９． ? ［ １０］ ＤＡＶＩ Ｓ Ｗ， ＯＨＮＯ Ｙ． Ｃｏ ｌ ｏ ｒｑｕａ ｌ ｉ ｔ ｃ ａ ｌ ｅ［ Ｊ］． Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ， ２０１０， ４９（ ３）： ０３３６０２（ １?１６）． ＤＯＩ： １０． １１１７／１． ｙｓ ３３６０３３５． ［ １１］ ＤＡＶＩＤ Ａ， ＦＩＮＩＰＴ，ＨＯＵＳＥＲ Ｋ Ｗ， 犲 狋犪 犾． Ｄｅ ｖｅ ｌ ｏｐｍｅｎ ｔｏ ｆｔ ｈｅＩＥＳ ｍｅ ｔ ｈｏｄｆ ｏ ｒｅ ｖａ ｌ ｕａ ｔ ｉ ｎｇｔ ｈｅｃ ｏ ｌ ｏ ｒｒ ｅｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆ Ｊ］． Ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓＥｘｐ ｒ ｅ ｓ ｓ， ２０１５， ２３（ １２）： １５８８８ １５９０６． ＤＯＩ： １０． １３６４／ＯＥ． ２３． ０１５８８８． ｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ．［ ? ｇｈ ［ １２］ ＴＨＯＲＮＴＯＮ Ｗ Ａ． Ｃｏ ｌ ｏ ｒ ｉ ｓ ｃ ｒ ｉｍｉ ｎａ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎｄｅｘ［ Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆｔ ｈｅＯｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌＳｏ ｃ ｉ ｅ ｔ ｆＡｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ， １９７２， ６２（ ２）： １９１? ?ｄ ｙｏ １９４． ＤＯＩ： １０． １３６４／ＪＯＳＡ． ６２． ０００１９１． ［ １３］ ＷＥＩＭｉ ｎｃｈｅｎ， ＨＯＵＳＥＲＫ Ｗ， ＤＡＶＩＤＡ， 犲 狋犪 犾． Ｃｏ ｌ ｏｕ ｒｇａｍｕ ｔｓ ｉ ｚ ｅａｎｄｓｈａｐｅｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅｎｃ ｅｃ ｏ ｌ ｏｕ ｒｐ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅ［ Ｊ］． Ｌ ｉ ｔ  ｇｈ ２０１６， ４９（ ８）： ９９２ １０１４． ＤＯＩ： １０． １１７７／１４７７１５３５１６６５１４７２． ｉ ｎｇＲｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈａｎｄＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， ? ［ １４］ ＢＯＹＣＥ Ｐ Ｒ， Ｓ ＩＭＯＮＳＲ Ｈ．Ｈｕｅｄ ｉ ｓ ｃ ｒ ｉｍｉ ｎａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓ［ Ｊ］． Ｌ ｉ ｔ ｉ ｎｇ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈａｎｄＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， １９７７， ９ ｇｈ ｇｈ （ ３）： １２５ １４０． ＤＯＩ： １０． １１７７／０９６０３２７１７７００９００３０１． ? ［ １５］ ＴＥＵＮＩ ＳＳＥＮ Ｃ， ＶＡＮ ＤＥＲ Ｈ Ｆ， ＰＯＯＲＴＳ， 犲 狋犪 犾． Ｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｉ ｎｇｕｓ ｅ ｒｐ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅｆ ｏ ｒｗｈ ｉ ｔ ｅＬＥＤｌ ｉ ｔｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｓｗｉ ｔ ｈ ｇｈ ＣＩＥｃ ｏ ｌ ｏｕ ｒｒ ｅｎｄｅ ｒ ｉ ｎｇｉ ｎｄｅｘｃ ｏｍｂ ｉ ｎｅｄ ｗｉ ｔ ｈａｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖｅｇａｍｕ ｔａ ｒ ｅ ａｉ ｎｄｅｘ［ Ｊ］．Ｌ ｉ ｔ ｉ ｎｇ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈａｎｄ Ｔｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， ｇｈ ２０１６， ４９（ ４）： ４６１ ４８０． ＤＯＩ： １０． １１７７／１４７７１５３５１５６２４４８４． ? ［ １６］ ＲＯＹＥＲ Ｍ Ｐ， ＨＯＵＳＥＲ Ｋ Ｗ， ＤＡＶＩＤ Ａ． Ｃｈｒ ｏｍａｓｈ ｉ ｆ ｔａｎｄｇａｍｕ ｔｓｈａｐｅ：Ｇｏ ｉ ｎｇｂｅｙｏｎｄａｖｅ ｒ ａｇｅｃ ｏ ｌ ｏ ｒｆ ｉ ｄｅ ｌ ｉ ｔ ｙａｎｄ ｔａ ｒ ｅ ａ［ Ｊ］． ＬＥＵＫＯＳＴｈｅＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆｔ ｈｅＩ ｌ ｌ ｕｍｉ ｎａ ｔ ｉ ｎｇＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇＳｏ ｃ ｉ ｅ ｔ ｆＮｏ ｒ ｔ ｈＡｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ， ２０１７， １４（ ３）： １４９ ? ｇａｍｕ ｙｏ １６５． ＤＯＩ： １０． １０８０／１５５０２７２４． ２０１７． １３７２２０３． ［ １７］ ＲＯＹＥＲ Ｍ Ｐ． Ｃｏｍｐａ ｒ ｉ ｎｇ ｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅ ｓｏ ｆｇａｍｕ ｔａ ｒ ｅ ａ［ Ｊ］． ＬＥＵＫＯＳＴｈｅＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆｔ ｈｅＩ ｌ ｌ ｕｍｉ ｎａ ｔ ｉ ｎｇＥｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇＳｏ ｃ ｉ ｅ  ｔ ｆＮｏ ｒ ｔ ｈＡｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ， ２０１８， １５（ １）： １ ２５． ＤＯＩ： １０． １０８０／１５５０２７２４． ２０１８． １５００４８５． ? ｙｏ ［ １８］ ＷＥＩＭｉ ｎｃｈｅｎ， ＨＯＵＳＥＲ Ｋ Ｗ． Ｓｙ ｓ ｔ ｅｍａ ｔ ｉ ｃｃｈａｎｇｅ ｓｉ ｎｇａｍｕ ｔｓ ｉ ｚ ｅａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔｃ ｏ ｌ ｏ ｒｐ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅｎｃ ｅ［ Ｊ］． ＬＥＵＫＯＳＴｈｅＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌ ｏ ｆｔ ｈｅＩ ｌ ｌ ｕｍｉ ｎａ ｔ ｉ ｎｇ Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ Ｓｏ ｃ ｉ ｅ ｔ ｆＮｏ ｒ ｔ ｈ Ａｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ， ２０１７， １３（ １）： ２３?３２．ＤＯＩ： １０． １０８０／１５５０２７２４． ２０１６． ｙｏ １１９２４０２． ［ １９］ ＥＳＰＯＳ ＩＴＯ Ｔ，ＨＯＵＳＥＲ Ｋ Ｗ．Ｍｏｄｅ ｌ ｓｏ ｆｃ ｏ ｌ ｏｕ ｒｑｕａ ｌ ｉ ｔ ｒａ ｗｉ ｄｅｒ ａｎｇｅｏ ｆｓｐｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｌｐｏｗｅ ｒｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏｎｓ［ Ｊ］． ｙｏｖｅ Ｌ ｉ ｔ ｉ ｎｇＲｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈａｎｄＴｅ ｃｈｎｏ ｌ ｏｇｙ， ２０１８， ４： １ ２２． ＤＯＩ： １０． １１７７／１４７７１５３５１８７６５９５３． ? ｇｈ （责任编辑：黄晓楠 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：吴逢铁） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１８１００７７ ? 拟共形映照的参数表示 林珍连 （华侨大学 数学科学学院，福建 泉州 ３６２０２１） 摘要： 假设 犳μ（狕）（ 狕）表示全平面到自身保持 ０， １，∞ 不 动 以 μ（ 狕）为 复 特 征 的 拟 共 形 映 照， Ａｈ ｌ ｆ ｏ ｒ ｓ给 出 此 类 拟共形映照的一种参数表示式，文中给出此类映照的另一种参数表示式 ．作为它的应用，给出上半平面到自身 保持 ０， １，∞ 不动的拟共形映照的参数表示式 ． 关键词： 拟共形映照；参数表示；复特征；复平面 中图分类号： Ｏ１７４． ５５ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６９１ ０３ ? ? ? 犘犪 狉 犪犿犲 狋 狉 犻 犮犚犲 犲 狊 犲 狀 狋 犪 狋 犻 狅狀狅 犳犙狌犪 狊 犻 犮 狅狀 犳 狅 狉犿犪 犾犕犪狆狆 犻 狀犵 狊 狆狉 ＬＩＮＺｈｅｎ ｌ ｉ ａｎ （ Ｓｃｈｏｏ ｌｏ ｆＭａ ｔ ｈｅｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ ｓ，Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ｎａ） ｙ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ３６２０２１，Ｃｈ （） 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｓｕｐｐｏ ｓ ｅ犳μ 狕 （ 狕）ｉ ｓａｑｕａ ｓ ｉ ｃ ｏｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｌｍａｐｐ ｉ ｎｇｏ ｆｃ ｏｍｐ ｌ ｅｘｐ ｌ ａｎｅｏｎｉ ｔ ｓ ｅ ｌ ｆｗｉ ｔ ｈｔ ｈｅｄ ｉ ｌ ａ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎμ（ 狕） ｋｅ ｅｐ ｉ ｎｇ０，１，∞ ｆ ｉ ｘｅｄ，Ａｈ ｌ ｆ ｏ ｒ ｓｇａｖｅｏｎｅｋ ｉ ｎｄｏ ｆｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃｒ ｅｐ ｒ ｅ ｓ ｅｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎｆ ｏ ｒｔ ｈ ｉ ｓｑｕａ ｓ ｉ ｃ ｏｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｌｍａｐｐ ｉ ｎｇ． Ｔｈ ｉ ｓｐａｐｅ ｒｗｉ ｌ ｌｇ ｉ ｖｅａｎｏ ｔ ｈｅ ｒｆ ｏ ｒｍｏ ｆｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃｒ ｅｐ ｒ ｅ ｓ ｅｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎｆ ｏ ｒｔ ｈ ｉ ｓｋ ｉ ｎｄｏ ｆｍａｐｐ ｉ ｎｇ．Ａｓｉ ｔ ｓａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ，ａｎ ｉ ｘｅｄｉ ｓ ｒ ａｍｅ ｔ ｅ ｒｒ ｅｐ ｒ ｅ ｓ ｅｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎｆ ｏ ｒｑｕａ ｓ ｉ ｃ ｏｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｌｍａｐｐ ｉ ｎｇｏ ｆｕｐｐｅ ｒ ｈａ ｌ ｆｐ ｌ ａｎｅｏｎ ｔ ｏｉ ｔ ｓ ｅ ｌ ｆｋｅ ｅｐ ｉ ｎｇ０，１，∞ ｆ ｐａ ａ ｌ ｓ ｏｇ ｉ ｖｅｎ． ｓ ｉ ｃ ｏｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｌｍａｐｐ ｉ ｎｇ；ｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃｒ ｅｐ ｒ ｅ ｓ ｅｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎ；ｃ 犓犲 狉 犱 狊： ｑｕａ ｏｍｐ ｌ ｅｘｄ ｉ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ；ｃ ｏｍｐ ｌ ｅｘｐ ｌ ａｎｅ 狔狑狅 １ 预备知识 设 狑＝犳（ 狕）是平面区域 犇 到区域 犌 的保向同胚映照，则称 狑＝犳（ 狕）是平 面区 域 犇 到区 域 犌 的拟 共形映照 ．若 犳（ 狕）满足以下 ２ 个条件： １）在区域 犇 上， 狕）在几乎所有水 平线 上和几 乎所有铅 直 线 上 犳（ 狕） 犳狕珔（ 是绝对连续的（ ＡＣＬ）； ２）几乎到处｜犳狕 狕） 狕） ０＜犽＜１，称 μ（ 狕）＝ （ ）为 狑 ＝犳（ 狕）的 复 特 ｜≤犽｜犳狕 （ ｜， 珔（ 犳狕 狕 征 ．用 犳μ（狕）（ 狕）表示复特征为 μ（ 狕）的拟共形映照 ．拟共形映照参数表示问题是拟共形映照理 论中 十分重 要的内容 ．夏道行 ［１］首先对这一问题进行研究 ．之后，一些学者对这部分内容进行深入研究，并用它解决 ［］ 拟共形映照的模数的估计和面积偏差估计的极值问题 ［２１０］． Ａｈ ｌ ｆ ｏ ｒ ｓ２ 讨论了全平面 到自 身保持 ０， １，∞ 不动的拟共形映照对参数的依赖问题，证明了定理 Ａ． 定理 犃［２］ 假设 μ（ 狕， 狋＋狊）＝μ（ 狕， 狋）＋狊 狏（ 狕， 狋）＋狊 狕， 狋），其中， 狕， 狋）， 狏（ 狕， 狋）， 狕， 狋）∈犔∞ ，‖μ（ 狕， ε（ ε（ μ（ （ 狕） 狋）‖ ∞ ＜１ 且 ‖ε（ 狕， 狋）‖ ∞ →０， 狊→０， 狕）是全平面到自身保持 ０， １，∞ 不动的复特征为 μ（ 狕）拟 共形映 犳μ （ （ ， ） （ ， ） 狕 狋 ＋ 狊 狕 狋 μ （ （ 照，那么，在全平面的一切致密子集上一致地成立 犳μ 狋）＋（ 狊）， 狊→０．其中， ζ）＝犳 ζ）＋狊犉（ ζ， １ （ ，） （ μ（狕，狋）（ ），μ（狕，狋）（ ））（ μ（狕，狋）（ ）） 犉（ 狋）＝－ 狏 狕狋 犚 犳 狕 犳 狕 ２ｄ狓ｄ狔， ζ， ζ 犳狕 π  收稿日期： ２０１８ １０ ２９ ? ? 通信作者： 林珍连（ １９７０ ），副教授，主要从事函数论的研究 ． Ｅ ｉ ｌ： ｚｈｅｎ ｌ ｉ ａｎ＠ｈｑｕ． ｅｄｕ． ｃｎ ． ?ｍａ 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ １１４７１１２８）；福建省自然科学基金资助项目（ ２０１９Ｊ ０１０６６） （ １） 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６９２ ２０１９ 年 １ ζ ζ－１ ζ（ ζ－１） ． （ 犚（ 狕， ２） ζ）＝狕－ －狕－１＋ 狕 ＝狕（ ）（ 狕 －１ 狕－ζ） ζ 下文给出定理 Ａ 中式（ １），（ ２）的另一种表示形式，作为应用，将给出上半平面到自身保持 ０， １，∞ 不 动的拟共形映照的参数表示式 ． ２ 主要定理和证明 定理 １ 设 μ（ 狕， 狋）是定义在｜狕｜＜ ＋ ∞ ， ０≤狋≤１ 的复值可测函数，满足 μ（ 狕， 狋＋狊）＝μ（ 狕， 狋）＋狊 狏（ 狕， 狋）＋（ 狊）， 狊→０．其中， 狕， 狋）， 狏（ 狕， 狋）∈犔∞ ，‖μ（ 狕， 狋）‖ ∞ ＜１，则全平面到自身保持 ０， １，∞ 不动的 拟共形 μ（ （ ，） 狑 映照 狑＝犳μ（狕，狋）（ 狕， 狋）在全平面的一切致密子集上一致地成立 ＝犉（ 狑， 狋）， 狑＝犳μ 狕狋 （ 狕， 狋）．其中， 狋  －１ －１ 狋）， 狋） ｅｘｐ（ ｉ·ａ ｒｇ （ 狋）） ω， ω， 狑（ 狑 －１） 狏（（ －２ 犳μ ） （ 犳μ ） ω （ 犉（ 狑， 狋）＝－ ｄ σｄ τ， １ ２ － μ ） （ ，） （ （ ， ） １ 狋 狋 π ω － 狘 狘 犳 μ 平 面 ω  狋）＝σ＋ｉ ω ＝ 犳μ （ τ． ζ， ［ （ ， ） ２］ 狕 狋 证明：Ａｈ ｌ ｆ ｏ ｒ ｓ 给出在狋＝０ 时， 狑＝犳μ （ 狕， 狋）的狋 导 数公式，若 μ（ 狕， 狋）＝狋 狏（ 狕）＋（ 狋）， 狋→０，则 在全平面的一切致密子集上一致地成立，即 狕， 狋） 犳（ 狕， ０）， ＝ 犉（ 狋＝０ 狋  狕， 狋）＝ 狕＋狋 犉（ 狕， ０）＋ （ 狋）， 狋 → ０． 犳（ 或 （ ３） 其中 １ 犉（ 狕， ０）＝－ 犚（ 狕， 狏（ ｄ ζ） ζ） ξｄ η， π  ζ ＝ξ＋ｉ η． （ ４） 假定 （ 狕， 狋＋狊）＝ μ（ 狕， 狋）＋狊 狏（ 狕， 狋）＋ （ 狊）， 狊 → ０． ５） μ（ （， ） 式（ ５）中： 狕， 狋）， 狏（ 狕， 狋）∈犔∞ ；‖μ（ 狕， 狋）‖ ∞ ＜１．令 狑 ＝犳（ 狕， 狋）＝犳μ （ 狕， 狋），考 虑 犳μ 狕狋＋狊 （ 狕， 狋＋狊）＝犳λ μ（ （ 狕， 狋） 狕， 狋），则 犳μ （ （ ，） （ 狕， 狋＋狊）－μ（ 狕， 狋） 犳μ 狕狋 （ 狕， 狋） μ （ ，） μ （ ， ， ） 狕 狋 狋 狊 ＝ × （狕，狋） λ犳 μ （ ， ） （ ， ） １－μ 狕狋μ 狕狋＋狊 犳 狕， 狋） 狕 珔（ （ 狕， 狋＋狊）－μ（ 狕， 狋） （ · 狕， 狋） μ（ （ ｅｘｐ ２ ｉ ａ ｒ 狕， 狋）） ＝μ ｇ犳狕 １－μ（ 狕， 狋） 狕， 狋＋狊） μ（ 或 即 狏（ 狕， 狋） 狕， 狋） μ（ （ ｅｘｐ（ ２ ｉ·ａ ｒ 狕， 狋））＋ （ 狊）， 狊 → ０， ＝狊 ｇ犳狕 １－狘μ（ 狕， 狋）狘２ －１ 狑， 狋）， 狋） 狏（（ 犳μ ） （ －１ 狑， 狋， 狊）＝狊 ｅｘｐ（ ｉ·ａ ｒ 狑， 狋））＋ （ 狊）， 狊 → ０． λ（ －２ ｇ（ 犳μ ） 狑 （ －１ μ） （ （ （ ， ） １－狘μ 犳 狑狋 ， 狋）狘２ 由式（ ３）及式（ ５）可得 （ ６） －１ λ 狑， 狋， 狊）＝ 犳μ （（ 狑， 狋）， 狋＋狊）＝ 狑 ＋狊 犉（ 狑， 狋）＋ （ 狊）， 狊 → ０， 犳（ 犳μ ） （ 狕， 狋＋狊）＝ 犳μ （ 狕， 狋）＋狊 犉（ 狕， 狋）， 狋）＋ （ 狊）， 狊 → ０， 犳μ （ 犳μ （ 狑 狑， 狋）， ＝ 犉（ 狋  或 （ ，） 狑 ＝ 犳μ 狕狋 （ 狕， 狋）． 由式（ ４）及式（ ６）可得 －１ 狏（（ 狋）， 狋） ω， 犳μ ） （ －１ ｘｐ（ ｉ ａ ｒｇ（ 狋）） －２ ω， 犳μ ） ω （ ２ｅ －１ μ） （ ） （ （ （ ， ） ， ） 狑 狑 １ １ 狋 狋 － － 狘 狘 ω 犳 μ 犉（ 狑， 狋）＝－ ｄ σｄ τ， π ω（ ω －１）（ ω － 狑） ω平 面  （ ７） 而 ω＝犳μ （ τ． ζ）＝σ＋ｉ 定理 ２ 假设 μ（ 狕， 狋）是定义在Ｉｍ狕＞０， ０≤狋≤１ 的复值可测函数，满足条件 μ（ 狕， 狋＋狊）＝μ（ 狕， 狋）＋ ∞ 狊 狏（ 狕， 狋）＋（ 狊）， 狊→０．其中， 狕， 狋）， 狏（ 狕， 狋）∈犔 ，‖μ（ 狕， 狋）‖ ∞ ＜１，则 上 半 平 面 到 自 身 保 持 ０， １，∞ 不 动 μ（ （ ， ） 的拟共形映照 狑＝犳μ 狕狋 （ 狕， 狋）在上半平面的一切致密子集上一致地成立 狕， 狋＋狊）＝ 犳μ （ 狕， 狋）＋狊 犉（ 狕， 狋）， 狋）＋ （ 狊）， 犳μ （ 犳μ （ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 狊 → ０， （ ８） 第５期 林珍连：拟共形映照的参数表示 ６９３ （ ，） 狑 狑， 狋）， 狑 ＝ 犳μ 狕狋 （ 狕， 狋）， ＝ 犉（ 狋  狋） 狋） 狑（ 狑 －１） ω， ω， φ（ φ（ 犉（ 狑， 狋）＝－ ＋ ｄ σｄ τ， ω（ ω －１）（ ω － 狑） ω 珔（ ω 珔－１）（ ω 珔－ 狑） π Ｉｍω ０ 或 ［ （ ９） ］ （ １０） ＞ －１ 狏（（ 狋）， 狋） ω， 犳μ ） （ －１ （ 狋）＝ ｘｐ（ ｉ ａ ｒｇ（ 狋））， Ｉｍω ＞ ０． １１） －２ ω， ω， 犳μ ） ω （ ２ｅ φ（ －１ μ ） （ ， ） ， ） １－狘μ（（ 狋 狋 狘 ω 犳 （ 狕， 狋） 狕， 狋），Ｉｍ狕≥０， 烄犳μ （ （ 狕， 狋） μ 证明：因为 狑＝犳 （ 则 狑（ 狕， 狋）可以连续延拓到实轴，定义 狑（ 狕， 狋）＝烅 （狕，狋） 狕， 狋） 狕 狋）， Ｉｍ狕＜０． 珔， 烆犳μ （ 狕， 狋）， Ｉｍ狕≥０， 烄μ（ 的复特征 κ（ 它 符 合 定 理 １ 的 条 件，所 以 可 定 义 ψ （ 狕， 狋）为 κ（ 狕， 狋）＝ 烅 狋）＝ ω， （ ， ） ， 狕 狋 Ｉ ｍ 狕 ０ ． ＜ 烆μ 珔 （ ， ） ， ， 烄φ ω 狋 Ｉｍω≥０ 烅 狋）， Ｉｍω＜０． ω 珔， 烆φ（ 根据定理 １ 可知，式（ ８）和式（ ９）对 狋） 狑（ 狑 －１） ω， ψ（ ｄ σｄ τ 犉（ 狑， 狋）＝－ （ ） （ ω ω －１ ω － 狑） π ω平 面  成立，进一步有 狋） 狋） ω， ω 珔， 狑（ 狑 －１） φ（ φ（ ｄ ｄ 犉（ 狑， 狋）＝－ σｄ τ＋ σｄ τ （ ） （ ） （ ） （ １ 狑 １ ω ω－ ω－ ω ω－ ω － 狑） π Ｉｍω＞０ Ｉｍω＜０ ［ ＝－ ］  狋） 狋） ω， ω， 狑（ 狑 －１） φ（ φ（ ＋ ｄ σｄ τ． ω（ ω －１）（ ω － 狑） ω 珔（ ω 珔－１）（ ω 珔－ 狑） π Ｉｍω＞０ ［ ］ 故命题得证 ． 根据上述的定理 ２ 可以得到其他区域的拟共形映照的参数表示式 ． 参考文献： ［ １］ 夏道行 ．拟共形映照的参数表示［ Ｊ］．科学记录， １９５９（ ９）： ３２３  ３２９． ［ ２］ ＡＨＬＦＯＲＳＬ． Ｌｅ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓｏｎｑｕａ ｓ ｉ ｃ ｏｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｌｍａｐｐ ｉ ｎｇｓ［Ｍ］． Ｎｅｗ Ｙｏ ｒ ｋ： ＶａｎＮｏ ｓ ｔ ｒ ａｎｄ， １９６６． ［ ３］ ＧＥＨＩＮＧ Ｆ， ＲＥＩＣＨ Ｅ．Ａｒ ｅ ａｄ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｕｎｄｅ ｒｑｕａ ｓ ｉ ｃ ｏｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｌｍａｐｐ ｉ ｎｇｓ［ Ｊ］．Ａｎｎ Ａｃ ａｄＳｃ ｉＦｅｎｎＳｅ ｒＡＩ Ｍａ ｔ ｈ， １９９６（ ３８８）： １  １４． ＤＯＩ： １０． ５１８６／ａ ａ ｓ ｆｍ． １９６６． ３８８． ［ ４］ ＨＥＣｈｅｎｇｑ ｉ． Ａ ｐａ ｒ ａｍｅ ｔ ｒ ｉ ｃｒ ｅｐ ｒ ｅ ｓ ｅｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｑｕａ ｓ ｉ ｃ ｏｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｌｅｘ ｔ ｅｎｓ ｉ ｏｎｓ［ Ｊ］． Ｃｈ ｉ ｎｅ ｓ ｅＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅＢｕ ｌ ｌ ｅ ｔ ｉ ｎ， １９８０， ２５（ ９）： ７２１  ７２４． ［ ５］ ＡＳＴＡＬＡ Ｋ， ＩＷＡＮＩＥＣ Ｔ，ＭＡＲＴＩＮ Ｔ． Ｅｌ ｌ ｉ ｔ ｉ ｃｐａ ｒ ｔ ｉ ａ ｌｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔ ｉ ａ ｌｅ ｔ ｉ ｏｎｓａｎｄｑｕａ ｓ ｉ ｃ ｏｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｌｍａｐｐ ｉ ｎｇｓｉ ｎｔ ｈｅ ｐ ｑｕａ ｌ ａｎｅ［Ｍ］． Ｐｒ ｉ ｎｃ ｅ ｔ ｏｎ： Ｐｒ ｉ ｎｃ ｅ ｔ ｏｎＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ｓ， ２００９． ｐ ｙＰｒ ［ ６］ ＡＳＴＡＬＡ Ｋ， ＮＥＳ ＩＶ． Ｃｏｍｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓａｎｄｑｕａ ｓ ｉ ｃ ｏｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｌｍａｐｐ ｉ ｎｇｓ：Ｎｅｗｏｐ ｔ ｉｍａ ｌｂｏｕｎｄｓｉ ｎｔｗｏｄ ｉｍｅｎｓ ｉ ｏｎｓ［ Ｊ］． Ｃａ ｌ ｃ ２００３， １４４（ ６）： ２５９３  ２６０１． ＤＯＩ： １０． １００７／ｓ ００５２６  ００３  ０１４５  ９． Ｖａ ｒＰａ ｒ ｔ ｉ ａ ｌＤｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔ ｉ ａ ｌＥｑｕａ ｔ ｉ ｏｎｓ， ［ ７］ ＡＳＴＡＬＡ Ｋ． Ａｒ ｅ ａｄ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆｑｕａ ｓ ｉ ｃ ｏｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｌｍａｐｐ ｉ ｎｇｓ［ Ｊ］． Ａｃ ｔ ａ Ｍａ ｔ ｈ， １９９４， １７３（ １）： ３７  ６０． ＤＯＩ： １０． １００７／ＢＦ０２３ ９２５６８． ［ ８］ ＥＲＥＭＥＮＫＯ Ａ， ＨＡＭＩＬＴＯＮ Ｄ Ｈ． Ｏｎｔ ｈｅａ ｒ ｅ ａｄ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏｎｂｙｑｕａ ｓ ｉ ｃ ｏｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｌｍａｐｐ ｉ ｎｇ［ Ｊ］． Ｐｒ ｏ ｃＡｍｅ ｒ Ｍａ ｔ ｈＳｏ ｃ， １９９５， １２３（ ９）： ２７９３  ２７９７． ＤＯＩ： １０． １０９０／ｓ ０００２  ９９３９  １９９５  １２８３５４８  ８． ［ ９］ 林珍连 ．上半平面某类调和拟共 形 映 照 的 特 征 估 计 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１６， ３７（ １）： １２５  １２８． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００  ５０１３． ２０１６． ０１． ０１２５． ［ １０］ 林珍连 ．某些调和单叶函数的稳定性及系数估计［ Ｊ］．华侨大学学报（自 然 科 学 版）， ２００９， ３０（ ６）： ７１８  ７１９． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ ｉ ｓ ｓｎ． １０００  ５０１３． ２００９． ０６． ０７１８． （责任编辑：钱筠 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：黄心中） 第 ４０ 卷 第５期 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１９ 年 ９ 月 Ｖｏ ｌ． ４０ Ｎｏ． ５ Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ（ Ｓｅｐ．２０１９ 犇犗犐： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１８１２０４１ ? 粗糙集中几种粒结构的代数关系 罗来鹏，范自柱 （华东交通大学 理学院，江西 南昌 ３３００１３） 摘要： 针对目标概念在近似空间上存在多种粒结构的问题，通过讨论目标概念的最优近似集与 Ｐａｗｌ ａｋ 近似 集、变精度近似集之间的代数关系，得到最优近似集与 Ｐａｗｌ ａｋ 下、上近似集、变精度下、上近似集的等价条件； 通过分析基于最优近似、基于 Ｐａｗｌ ａｋ 近似、基于变精度近似的分布约简之间的关系，得到在一定条件下，最优 近似分布约简为 Ｐａｗｌ ａｋ 近似与变精度近似的分布约简 ．研究结果表明：根据目标概念与基本知识粒之间不同 的近似刻画，不仅可以建立不同的粗糙集模型，还可以建立不同的分布约简 ． 关键词： 粒计算；粗糙集；属性约简；包含度；变精度粗糙集；最优近似；相似度 中图分类号： ＴＰ１８ 文献标志码： Ａ 文章编号： １０００ ５０１３（ ２０１９） ０５ ０６９４ ０７ ? ? ? 犃犾 犲 犫 狉 犪 犻 犮犚犲 犾 犪 狋 犻 狅狀狅 犳犛 犲 狏 犲 狉 犪 犾犌狉 犪狀狌 犾 犪 狉犛 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犲 狊犻 狀犚狅狌犵犺犛 犲 狋 狊 犵 ＬＵＯ Ｌａ ｉ ｉ ｚｈｕ ｐｅｎｇ，ＦＡＮＺ （ Ｓｃｈｏｏ ｌｏ ｆＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ ｓ，Ｅａ ｓ ｔＣｈ ｉ ｎａＪ ｉ ａｏ ｔ ｏｎｇＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ｎａ） ｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００１３，Ｃｈ 犃犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋： Ｔｏｔ ｈｅｐ ｒ ｏｂ ｌ ｅｍｏ ｆｅｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎｇｍａｎｙｋ ｉ ｎｄｓｏ ｆｇ ｒ ａｎｕ ｌ ａ ｒｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓｏｎａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎｓｐａ ｃ ｅ，ｔ ｈｅａ ｌ ｒ ａ ｉ ｃ ｇｅｂ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓａｍｏｎｇｔ ｈｅｏｐ ｔ ｉｍａ ｌａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎｓ ｅ ｔ，Ｐａｗｌ ａｋｌ ｏｗｅ ｒａｎｄｕｐｐｅ ｒａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎｓ ｅ ｔａｎｄｔ ｈｅｖａ ｒ ｉ ａｂ ｌ ｅ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏｎｌ ｏｗｅ ｒａｎｄｕｐｐｅ ｒａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎｓ ｅ ｔｏ ｆｔ ｈｅｔ ａ ｒ ｔｃ ｏｎｃ ｅｐ ｔａ ｒ ｅｄ ｉ ｓ ｃｕｓ ｓ ｅｄ．Ｔｈｅｅ ｉ ｖａ ｌ ｅｎ ｔｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎｓｏ ｆ ｐ ｇｅ ｑｕ ｈｅｖａ ｒ ｉ ａｂ ｌ ｅｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏｎａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎｓ ｅ ｔａ ｒ ｅ ｔ ｈｅｏｐ ｔ ｉｍａ ｌａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎｓ ｅ ｔｂｅ ｔｗｅ ｅｎＰａｗｌ ａｋａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎｓ ｅ ｔ，ｔ ｏｂ ｔ ａ ｉ ｎｅｄ．Ｔｈｅｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｓｈ ｉ ｈｅｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎｂａ ｓ ｅｄｏｎｔ ｈｅｏｐ ｔ ｉｍａ ｌａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎ，ｔ ｈｅｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ  ｐｓａｍｏｎｇｔ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎｂａ ｓ ｅｄｏｎｔ ｈｅＰａｗｌ ａｋａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｔ ｈｅｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎｂａ ｓ ｅｄｏｎｔ ｈｅｖａ ｒ ｉ ａｂ ｌ ｅｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏｎ ｈｅｃ ｏｎｃ ｌ ｕｓ ｉ ｏｎｓｔ ｈａ ｔｔ ｈｅｏｐ ｔ ｉｍａ ｌａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｅｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ  ａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎａ ｒ ｅａｎａ ｌ ｚ ｅｄ．Ｕｎｄｅ ｒｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎｃ ｏｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏｎｓ，ｔ ｙ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎｉ ｓＰａｗｌ ａｋａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄｖａ ｒ ｉ ａｂ ｌ ｅｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏｎａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎａ ｒ ｅｐ ｒ ｅ ｓ ｅｎ  ｔ ｅｄ．Ｉ ｔｃ ａｎｂｅｓ ｅ ｅｎｆ ｒ ｏｍｔ ｈｅ ｓ ｅａｂｏｖｅｃ ｏｎｃ ｌ ｕｓ ｉ ｏｎｓｔ ｈａ ｔｔ ｈｅｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｒ ｏｕｇｈｓ ｅ ｔｍｏｄｅ ｌ ｓｃ ａｎｎｏ ｔｏｎ ｌ ｓ ｔ ａｂ  ｙｂｅｅ ｌ ｉ ｓｈｅｄ，ｂｕ ｔａ ｌ ｓ ｏｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏｎｒ ｅｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎｃ ａｎｂｅｅ ｓ ｔ ａｂ ｌ ｉ ｓｈｅｄａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎｇｔ ｏｔ ｈｅｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅｎ ｔａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｅｃｈａ ｒ  ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎｂｅ ｔｗｅ ｅｎｔ ｈｅｔ ａ ｒ ｔｃ ｏｎｃ ｅｐ ｔａｎｄｔ ｈｅｂａ ｓ ｉ ｃｇ ｒ ａｎｕ ｌ ａ ｒ． ｇｅ 犓犲 狉 犱 狊： ｇ ｒ ａｎｕ ｌ ａ ｒｃ ｏｍｐｕ ｔ ｉ ｎｇ；ｒ ｏｕｇｈｓ ｅ ｔ；ａ ｔ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｅｒ ｅｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎ；ｉ ｎｃ ｌ ｕｓ ｉ ｏｎｄｅｇ ｒ ｅ ｅ；ｖａ ｒ ｉ ａｂ ｌ ｅｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏｎｒ ｏｕｇｈ 狔狑狅 ｓ ｅ ｔ；ｏｐ ｔ ｉｍａ ｌａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎ；ｓ ｉｍｉ ｌ ａ ｒ ｉ ｔ ｒ ｅ ｅ ｙｄｅｇ 粒计算是人工智能领域中的一种认知理念和计算方法，它主要涉及两个基本问题：信息粒化和基于 信息粒的计算 ．目前，主要有如模糊集、粗糙集、商 空 间 等 粒 计 算 模 型 ［１?２］．在 粗 糙 集 的 粒 计 算 模 型 中 ［３］， 论域上的等价关系决定了论域的划分 ．利用基本知识 粒表示 目标概 念（论域 的 子 集）是 粗 糙 集 研 究 的 基 础 ．近年来，基于粗糙集的粒计算研究引起国内外学者的广泛关注，并已成功应用于人工智能、机器学习 ［］ 等领域 ［４?６］．文献［ ７ ８］提出目标 概 念 的 动 态 表 示 与 计 算 方 法 ． Ｃｈｅｎ 等 ９ 将 粒 计 算 理 论 与 代 数 理 论 相 结 ? ［ ］ ［ ］ 合，提出基于代数结构的粒计算模型 ． Ｈｕ 等 １０ 讨论了逻辑运 算符 的 粒度 等价性 ．王 宝丽 等 １１ 提 出基于 收稿日期： ２０１８ １２ １９ ? ? 通信作者： 罗来鹏（ １９７３ Ｅ ｉ ｌ： ｌ ｕｏ ｌ ｃ ｏｍ． ?），男，副教授，主要从事粗糙集与粒计算等研究 ． ?ｍａ ｐ７８９＠１６３． 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ ６１４７２１３８） 第５期 罗来鹏，等：粗糙集中几种粒结构的代数关系 ６９５ 粒计算 的犹豫 模糊多 准则 决策方法 ．吴伟志等 ［１２］针 对具有 多粒度 标记的 不完备信 息系 统 的知 识，提出 最优粒度特 征 ．吴伟 志 ［１３］介绍目 前流行 的 ３ 类 基于 粗糙集的 多粒 度数据 处理模型，并提出 若干 研究问 题 ．在粗糙集的粒计算研究中，处理边界的不确定性是粗 糙集研究 关注 的 难 点 ．最 具 有 代 表 性 的 处 理 方 法是通过引 入 一个 误 差因子，重新定 义目标概 念，如较典型的模 型有 变精度粗 糙集模 型 ［１４］和概 率粗糙 集模型 ［１５?１６］．在一个近似空间上，目标概念的最优近似的 表示与 计 算一 直 是 个 未 得 到 考 虑 的 问 题 ．文 献 ［ １７ １９］从一种新视角定义和表示粗糙集的近 似 集，通 过 引 入 集 合 相 似 度 的 评 价 标 准，发 现 在 目 标 概 念 ? 的下、上近似集之间存在可定义集合，它与目标概念的相 似度大于 目标 概 念 与 其 下、上 近 似 集 之 间 的 相 似度，并由此提出粗糙集的最优近似 概 念 ．在 一 个 给 定 的 近 似 空 间，最 优 近 似 与 Ｐａｗｌ ａｋ 下、上 近 似、变 精度下、上近似之间，以及由此建立的属性约简之间存在的关系是一个有待 研究 的 问题 ．如谭 安辉等 ［２０］ 从近似集和属性约简两个角度，探讨完备信息系统与不 完备 信息系 统中多 粒 度 粗 糙 集 和 覆 盖 粗 糙 集 的 关系，得到多粒度粗糙集约简与覆盖粗糙集约简间的密切 联 系 ．基 于此，本 文 就 上 述 ３ 种 近 似 之 间 关 系 展开讨论分析，并在此基础上，进一步讨论这三者所建立的属性约简间的关系 ． １ 基本概念 定义 １［３］ 设（ 犝， 犚）为近似空间， 犝 为有限论域， 犚 为等价关系，由 犚 决定 犝 上一个划分，即为系统 的基本知识粒，表示为 犝／犚＝ ｛ 犡１ ， 犡２ ，…， 犡犿 ｝．对于任意 犡犝 ， 犡 在近 似空间 的下、上近 似集、边界域 珚（ 的定义分别为 犚（ 犡）＝ ∪犡犻， 犡犻犡 且 犡犻∈犝／犚； 犚 犡）＝ ∪犡犻，其中， 犡犻∩犡≠Φ， 犡犻∈犝／犚； Φ 为空 集， 犻 犻 珚（ 犅狀 （ 犡）＝犚 犡）－犚（ 犡）． ［ １５］ 定义 ２ 设（ 犝， 犚）为近似空间， 犝 为有 限 论 域， 犚 为 等 价 关 系，由 犚 决 定 犝 上 一 个 划 分，表 示 为 犝／犚＝ ｛ 犡１ ， 犡２ ，…， 犡犿 ｝．对于任意λ∈ （ ０． ５， １． ０］， 犡犝 在近似空间上关于λ 的下近似集、上近似集、边 珚λ（ 界域的定义分别为 犚λ（ 犡）＝ ∪犡犻， 犇（ 犡／犡犻）≥λ，且 犡犻∈犝／犚； 犚 犡）＝ ∪犡犻，其 中， 犇（ 犡／犡犻）＞１－λ 且 犻 犻 珚λ （ 犡犻∈犝／犚； 犅λ 犡 ）＝犚 犡 ）－犚λ （ 犡 ），其 中， 犇 为 犝 上 的 包 含 度 ．对 于 犡， 犢 犝 ，通 常 取 犇 （ 犡／犢 ）＝ 狀（ 犡∩犢 ， · 为集合基数 ． ｜ ｜ 犢｜ ｜ 定义 ３ 设（ 犝， 犚）为近似空间， 犝 为 有 限 论 域， 犚 为 等 价 关 系，由 犚 决 定 犝 上 一 个 划 分，可 表 示 为 犝／犚＝ ｛ 犡１ ， 犡２ ，…， 犡犿 ｝．对于任意 犡犝 ，若 有 集 合 犡ｏｐｔ犝／犚，使 得 对 任 意 犢 犝／犚，有 犛（ 犡， 犡ｏｐｔ）≥ ［ ］ 犛（ 犡， 犢），那么， 犡ｏｐｔ称为 犡 在近似空间上的最优近似 集 ．其 中， 犛 为 犝 上 的集合 相似 度 ２１ ．对 于 犡， 犢 犡∩犢 ． 犡∪犢 设（ 犝， 犚）为近似空间， 犝 为 有 限 论 域， 犚 为 等 价 关 系，由 犚 决 定 的 基 本 知 识 粒 可 表 示 为 犝 ，通常取 犛（ 犡， 犢）＝ 定义 ４［３］ 犝／犚＝ ｛ 犡１ ， 犡２ ，…， 犡犿 ｝． 犉＝ ｛ 犢１ ， 犢２ ，…， 犢狀 ｝为 犝 上的另外一个划分，则 犉 在（ 犝， 犚）上的分类精度与分 狀 狀 ∑ 狘犚（犢犻）狘 ∑ 狘犚（犢犻）狘 犻＝１ 犻＝１ ， 类质量分别定义为α犚 （ 犉）＝ 狀 犉）＝ ． γ犚 （ 狘犝 狘 珚 ∑ 狘犚（犢犻）狘 犻＝１ 同理可 知，对 于 λ∈ （ ０． ５， １． ０］，变 精 度 情 况 下 的 分 类 精 度 与 分 类 质 量 分 别 定 义 为 αλ犚 （ 犉）＝ 狀 狀 犢犻）狘 犢犻）狘 狘犚 （ 狘犚λ（ ∑ ∑ 犻＝１ 犻＝１ λ ，γ犚 （ 犉）＝ ． 狀 狘犝 狘 λ 珚（ 犢犻）狘 ∑ 狘犚 λ 犻＝１ ２ 几种近似集之间关系 ２． １ 犘犪狑犾 犪犽 粗糙近似与变精度近似 设（ 犝， 犚）为近似空间， 犝／犚＝ ｛ 犡１ ， 犡２ ，…， 犡犿 ｝，对于任意 犡犝 ， ０． ５， １． ０］，有以下 １０ 点 λ， λ１ ， λ２ ∈ （ 结论 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６９６ ２０１９ 年 １）犚（ 犡）犚λ（ 犡）． λ 珚（ 珚（ ２）犚 犡）犚 犡）． ３）犅λ 犡）犅狀 （ 犡）． 狀（ ４）若λ１ ＜λ２ ，则 犚λ２ （ 犡）犚λ１ （ 犡）． 珚λ１ （ ５）若λ１ ＜λ２ ，则 犚 犡）犚λ２ （ 犡）． ６）若λ１ ＜λ２ ，则［ 犚λ２ （ 犡）犚（ 犡）］ ［ 犚λ１ （ 犡）－犚（ 犡）］． 珚λ１ （ ７）若λ１ ＜λ２ ，则［ 犚 犡）犚（ 犡）］ ［ 犚λ２ （ 犡）－犚（ 犡）］． λ λ λ 珚１ （ 珚２ （ ８）若λ１ ＜λ２ ，则［ 犚 犡）－犚 １ （ 犡）］ ［ 犚 犡）－犚λ２ （ 犡）］． ９）分类精度αλ（ 犉）≥α犚 （ 犉）． λ １０）分类质量γ犚 （ 犉）≥γ犚 （ 犉）． 这里只证明结论 ４）， ５）． 证明：４）若 狓∈犚λ２ （ 犡），则 犇（ 犡／［ 狓］ 狓∈犚λ１ （ 犡），即 犚λ２ （ 犡）犚λ１ （ 犡）． ≥λ２ ＞λ１ ．所以， 犚） 珚λ１ （ 珚λ２ （ 珚λ１ （ ５）若 狓∈犚 犡），则 犇（ 犡／［ 狓］ 狓∈犚 犡），即 犚 犡）犚λ２ （ 犡） ． ＞１－λ１ ＞１－λ２ ．所以， 犚） 根据上述结论可知：在相同近似空间上，变精度粗糙集扩大了正域与负域，从而压缩边界域，即在允 许一定误差下，边界的不确定性变小 ． ２． ２ 犘犪狑犾 犪犽 粗糙近似与最优近似 设（ 犝 ，犚 ）为 近 似 空 间，犝／犚 ＝ ｛犡１ ，犡２ ，…，犡犿 ｝，对 于 任 意 犡  犝 ，令 犅δ 犡 ）＝ 狀 （ ｛犡 ｜犡犡 ∩－犡犡｜≥｜犚｜（犡犡｜）｜，犡 犅 （犡）且 犡 ∈犝／犚｝，则有以下 ８ 个性质 ． 犻 犻 犻 狀 犻 犻 １）若 Φ犅δ 犡）犅狀 （ 犡），则 犡ｏｐｔ＝犚（ 犡）∪犅δ 犡）． 狀（ 狀（ ２）若 犅δ 犡）＝Φ，则 犡ｏｐｔ＝犚（ 犡）． 狀（ δ 珚（ 珚（ ３）若 犅狀 （ 犡）＝犅狀 （ 犡）＝犚 犡）－犚（ 犡），则 犡ｏｐｔ＝犚 犡）． 珚（ ４）犚（ 犡）犡ｏｐｔ犚 犡）． ｏｐ ｔ ｏｐ ｔ ５）Φ ＝Φ， 犝 ＝犝 ． ｏｐ ｔ ｏｐ ｔ 珚（ 珚（ ６）犚（ 犡） ＝犚（ 犡）， 犚 犡） ＝犚 犡）． ｏｐ ｔ 珚（ 珚（ ７）犚（ 犡）∩犚（ 犢） （ 犡∩犢 ） 犡）∩犚 犢）． 犚 ｏｐ ｔ 珚（ 珚（ ８）犚（ 犡）∪犚（ 犢） （ 犡∪犢 ） 犡）∪犚 犢）． 犚 犽 ［ ］ ［ ］ 证明：１）假 设 犅δ 且 有 狔１ 犚 ∩犡 ≤ … ≤ 狔犽 犚 ∩犡 ，根 据 不 等 式 的 性 质，可 知 狔犻 ］ 狀＝∪［ 犚， ［ ］ 犻＝１ － 犡 ｜ 狔１ 犚 ｜ ｜［ 狔］ 犽 －犡｜ 犽 犛（ 犚（ 犡）， 犡）≤ 犡）狘＋ ［ 狘犚（ 狔１］ 犚 ∩犡 ≤…≤ ［ ］ 狘犡狘＋狘 狔１ 犚 － 犡狘 犡）狘＋ ∑ ［ 狘犚（ 狔犻］ 犚 ∩犡 犻＝１ 犽 ．于是， 犛（ 犡， 犚（ 犡））≤ 狘犡狘＋ ∑ 狘 ［ 狔犻］ 犚 － 犡狘 犻＝１ 犛（ 犡， 犚（ 犡）∪ ［ 犡， 犚（ 犡）∪ ［ ＝犛（ 犡， 犅δ 犡）∪犚（ 犡）），所 以， 犡 最 优近似 ≤ … ≤犛（ 狔１］ 狔１］ 狔犽 ］ 犚） 犚…∪［ 犚） 狀（ 集为 犡ｏｐｔ＝犚（ 犡）∪犅δ 犡）． 狀（ 犡） 犡） ｜犚｜（ ｜犚（ ｜ 犡犻∩犡 ，则 犛 （ ２）犅δ 犡 ）＝ Φ，对 于 任 意 犡犻 ∈犅狀 （ 犡 ），有 犡， 犚（ 犡 ））＝ ＜ ＞ 狀（ ｜犡｜ ｜犡犻－犡｜ ｜犡｜ 犡） 犚（ 犡）∪犡犻）∩犡｜ ｜犚（ ｜＋ 犡犻∩犡 ｜（ ，即 犛（ ＝ （（ ） 犡， 犚（ 犡））＞犛（ 犡， 犚（ 犡）∪犡犻）． ｜犡｜＋｜犡犻－犡｜ ｜ 犚 犡 ∪犡犻）∪犡｜ 珚（ 珚（ ３）犅δ 犡）＝犅狀 （ 犡）＝犚 犡）－犚（ 犡），由性质 １）得 犡ｏｐｔ＝犚（ 犡）∪犅δ 犡）＝犚（ 犡）∪犅狀 （ 犡）＝犚 犡）． 狀（ 狀（ 关于性质 １）～３）的证明，可参考文献［ ２２］，性质 ４）～６）也成立 ． ｏｐ ｔ 珚（ 珚（ 珚（ ７）由于 犚（ 犡∩犢 ） （ 犡∩犢 ） 犡∩犢 ），又有 犚 犡∩犢 ）犚 犡）∩犚（ 犢）， 犚（ 犡∩犢 ）犚（ 犡）∩ 犚 ｏｐ ｔ 珚（ 珚（ 犚（ 犢）．故 犚（ 犡）∩犚（ 犢） （ 犡∩犢 ） 犚 犡）∩犚 犢）． ８）证明与性质 ７）的证明类似 ． 综上所述，变精度粗糙集近似是 从 基 本 知 识 粒 出 发，如 果 一 个 基 本 知 识 粒 的 大 多 数 （超 过 ５０％ ）被 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 罗来鹏，等：粗糙集中几种粒结构的代数关系 ６９７ 划入目标概念，那么，该基本知识粒可以当作目标概念的 一 部 分 下 近 似 集；最 优 近 似 是 从 由（ 犝， 犚）构 成 的系统空间出发，如果一个基本知识粒加入到目标概念的正域中，使得其与目标概念的相似度大于目标 概念与正域的相似度，那么，该基本知识粒可看成目标概 念 最优近 似组 成 部 分 ．上 述 两 种 近 似 从 不 同 角 度阐述了目标概念在近似空间上的近似性问题 ． ２． ３ 最优近似与变精度近似 设（ 犝， 犚）为近似空间， 犝／犚＝ ｛ 犡１ ， 犡２ ，…， 犡犿 ｝， 犡犝 ，可以得到以下 ４ 个性质 ． １）犚λ（ 犡）犡ｏｐｔ． ｜犡｜ 珚λ（ ，则 犚 ２）若λ＜ 犡）犡ｏｐｔ． 犡） ｜犡｜＋｜犚（ ｜ 犡） ｜ ｜犚（ ，则 犚λ（ ３）若λ＜ 犡）＝犡ｏｐｔ． （ ｜犡｜＋｜犚 犡） ｜ 珚（ 珚λ（ ４）若 犡 是近似空间（ 犝， 犚）上的可定义集，则 犚（ 犡）＝犚λ（ 犡）＝犡ｏｐｔ， 犚 犡）＝犚 犡）＝犡ｏｐｔ． 证明：１）由于 犚（ 犡）犚λ（ 犡）， 犚（ 犡）犡ｏｐｔ，又对于 犡犻∈犅狀 （ 犡），且 犡犻∈犚λ （ 犡）， 犇（ 犡／犡犻）≥λ＞ 犡） ｜ ｜犚（ 犡∩犡犻 犡∩犡犻 ，故 犡犻∈犡ｏｐｔ．于是， ０． ５，即 ５，从而可得 ０≥ 犚λ（ 犡）犡ｏｐｔ． ＞０． ＞１． ｜犡犻｜ ｜犡犻－犡｜ ｜犡｜ 犡） ｜犚（ ｜ 犡犻∩犡 ｜犡｜ 珚λ （ ，则 １－λ＞ ，对 于 犡犻 ∈犚 ２）若λ＜ 犡 ），有 ＞１－λ＞ 犡） 犡） ｜犡｜＋｜犚（ ｜ ｜犡｜＋｜犚（ ｜ ｜犡犻｜ 犡） 犡） 犡） ｜犚（ ｜犚（ ｜ ｜犚（ ｜ ｜ 犡犻∩犡 根据不等 式 的 性 质，有 ，即 犡犻∩犡 ＞ ，所 以， ． 犡犻 ∈ ＞ （ ） ｜犡犻｜－ 犡犻∩犡 ｜犡犻－犡｜ ｜犡｜＋｜犚 犡 ｜ ｜犡｜ ｜犡｜ 珚λ（ 犡ｏｐｔ．于是， 犚 犡）∈犡ｏｐｔ． 犡） ｜犚（ ｜ 犡∩犡犻 珚λ （ ３）由于 犚λ（ 犡）∈犡ｏｐｔ，因此，只 需 证 明 对 任 意 犡犻 ∈犚 犡 ）－犚λ （ 犡 ），有 ．事 实 ＜ 犡 － 犡 犡 ｜ 犻 ｜ ｜｜ 犡） 犡） ｜犚（ ｜犚（ ｜ ｜ 犡犻∩犡 珚λ （ ，可得 λ ＜ ，而对于任意 犡犻∈犚 上，由于λ＜ 犡）－犚λ （ 犡），有 ＜λ，从 （ ） １－λ ｜犡｜＋｜犚 犡 ｜ ｜犡｜ ｜犡犻｜ 犡） 犡） ｜ ｜犚（ ｜ ｜犚（ 犡犻∩犡 λ 而可得 ，即 犡∩犡犻 ＜ ．综上可得， 犚λ（ 犡）＝犡ｏｐｔ． ＜ ＜ １－λ ｜犡犻｜－ 犡犻∩犡 ｜犡｜ ｜犡犻－犡｜ ｜犡｜ 珚（ ４）因为 犡 是近似空间（ 犝， 犚）上的可定义集，所以 犅狀 （ 犡）＝Φ．显然， 犚（ 犡）＝犚λ（ 犡）＝犡ｏｐｔ， 犚 犡）＝ 珚λ（ 犚 犡）＝犡ｏｐｔ． 由上述性质可知：对于协调决策表而言，相关的一些结果都相同，因此，一些粗糙集推广模型意义并 不是很大 ．推广模型更多是建立在不协调决策系统上，也就 是说，推 广模 型 更 多 的 是 针 对 系 统 中 边 界 的 不确定性处理问题 ． ３ 几种属性约简之间关系 ３． １ 基于近似集的分布约简 粗糙集发展至今，提出很多属性约简算法，这些算法从不同角度评价属性的重要 性 ．文 献［ ２３ ２４］就 ? 当前几种属性约简算法差异与联系 进 行 了 分 析，得 到 多 种 约 简 之 间 存 在 包 含 关 系，有 些 甚 至 是 等 价 关 系 ．张文修等 ［２５］在讨论变精度粗糙集模型属性约简时，得到以下 ２ 点结论： １）分布约简集未必是变精度 上、下近似约简； ２）变精度上、下近似约简集也未必是分布约简集 ．接下来，讨论基 于最优近 似的分 布约 简与其他分布约简的关系 ． 决策系统 ＤＳ＝ （ 犝， 犆∪犱），犆 为条 件 属性集，犱 为 决 策属性 集，犝／犱＝ ｛ 犇１ ， 犇２ ，…， 犇狀 ｝且 犃犆， 珚犃 ＝ ｛ 珡（ 珡（ 珡（ 记 犚犃 ＝ ｛ 犃（ 犇１）， 犃（ 犇２），…， 犃（ 犇狀 ）｝，犚 犃 犇１）， 犃 犇２），…， 犃 犇狀 ）｝，犚λ犃 ＝ ｛ 犃λ （ 犇１ ）， 犃λ （ 犇２ ），…， 珚λ犃 ＝ ｛ 珡λ（ 犃λ（ 犇狀 ）｝， 犚 犃 犇１）， 犃λ（ 犇２），…， 犃λ（ 犇狀 ）｝， 犇１ｏｐｔ， 犇２ｏｐｔ，…， 犇狀ｏｐｔ｝． μ犃 ＝ ｛ 定义 ５［１９］ 决策系统 ＤＳ＝ （ 犝， 犆∪犱）为不协调决策系统， 犅犃，则有以下 ４ 点定义 ． １）犚犃 ＝犚犅 ，则称 犅 为下近似分布协调集 ．若 犅 为下近似分布协调集，且 犅 的 任何真子 集都不 是下 近似分布协调集，称 犅 为下近似分布约简 ． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ６９８ ２０１９ 年 珚犃 ＝犚 珚犅 ，则称 犅 为上近似分布协调集 ．若 犅 为上近似分布协调集，且 犅 的 任何真子 集都不 是上 ２）犚 近似分布协调集，称 犅 为上近似分布约简 ． ３）犚λ犃 ＝犚λ犅 ，则称 犅 为λ 下近似分布协调集 ．若 犅 为λ 下近似 分布 协调集，且 犅 的任何 真子 集都不 是λ 下近似分布协调集，称 犅 为λ 下近似分布约简 ． 珚λ犃 ＝犚 珚λ犅 ，则称 犅 为λ 上近似分布协调集 ．若 犅 为λ 上近似 分布 协调集，且 犅 的任何 真子 集都不 ４）犚 是λ 上近似分布协调集，称 犅 为λ 上近似分布约简 ． 根据上述定义可知：在一个决策系统中，根据保持决策 类近 似 集 的 不 变 原 则，可 得 多 种 属 性 重 要 性 的评价标准，从而建立多种属性约简算法 ．类似地，根据决策类的最优近似，可定义一种新的属性重要性 评价标准及属性约简方法，即最优近似分布约简 ． 定义 ６ 在决策系统 ＤＳ＝ （ 犝， 犆∪犱）中， 犅犃，若μ犃 ＝μ犅 ，则称 犅 为最优近似分布协调集；若 犅 为 最优近似分布协调集，且 犅 的任何真子集都不是最优近似分布协调集，则称 犅 为最优近似分布约简 ． ３． ２ 最优近似分布约简与其他分布约简 定理 １ 决策系统 ＤＳ＝ （ 犝， 犆∪犱）， 犆 为条件属性 集， 犱 为 决 策 属 性 集，且 犝／犆＝ ｛ 犆１ ， 犆２ ，…， 犆犿 ｝， ｛ ｜犆犆 ∩－犇犇｜≥｜犆｜（犇犇｜）｜，犆 犅 （犇 ）且 犆 ∈犝／犆｝，可 得 到 以 下 ２ 犝／犱＝ ｛ 犇１ ， 犇２ ，…， 犇狀 ｝， 犅δ 犇犻）＝ 犆犼 狀（ 犼 犻 犻 犼 犻 犻 犼 狀 犻 犼 个性质 ． １）对于任意 犇犻∈犝／犱，若 犅δ 犇犻）＝Φ，则最优近似分布约简为下近似分布约简 ． 狀（ ２）对于任意 犇犻∈犝／犱，若 犅δ 犇犻）＝犅狀 （ 犇犻），则最优近似分布约简为上近似分布约简 ． 狀（ 证 明：１）若对于任意 犇犻∈犝／犱，若 犅δ 犇犻）＝Φ，则对于任意犻（ 犻≤狀），有 犇犻ｏｐｔ＝犆（ 犇犻），即 犚犆 ＝μ犆 ，最 狀（ 优近似分布约简与下近似分布约简等价 ． 珚（ 珚 ＝μ ，最优 ２）对于任意 犇犻∈犝／犱，若 犅δ 犇犻）＝犅狀 （ 犇犻），则对于任意犻（ 犻≤狀），有 犇犻ｏｐｔ＝犆 犇犻），即 犚 狀（ 犆 犆 近似分布约简与上近似分布约简等价 ． 事实上，上述约简等价是因为构造的区分矩阵完全相同 ．类似地，可以得到以下 ３ 个定理 ． 定理 ２ 决策系统 ＤＳ＝ （ 犝， 犆∪犱）， 犆 为条件属性 集， 犱 为 决 策 属 性 集，且 犝／犆＝ ｛ 犆１ ， 犆２ ，…， 犆犿 ｝， 犇犻） ｜犆（ ｜ 犆犼∩犇犻 珚λ（ ，则 犝／犱＝ ｛ 犇１ ， 犇２ ，…， 犇狀 ｝．若对于任意 犆犼犅λ 犇犻）＝犆 犇犻）－犆λ （ 犇犻）（ 犻≤狀），有 ＜ 狀（ ｜犆犼－犇犻｜ ｜犇犻｜ 最优近似分布约简与以参数为λ 变精度下近似分布约简等价 ． 犇犻） ｜犆（ ｜ 犆犼∩犇犻 珚λ（ 证明：对于任意 犆犼犅λ 犇犻）＝犆 犇犻）－犆λ （ 犇犻）（ 犻≤狀），有 ．于 是，对 于 任 意犻 ＜ 狀（ ｜犆犼－犇犻｜ ｜犇犻｜ （ 犻≤狀），有 犇犻ｏｐｔ＝犆λ（ 犇犻），即最优近似分布约简与以参数为λ 变精度下近 似分布 约简 等价 ．同理，在定理 珚λ（ ２ 中，若 犇犻ｏｐｔ＝犆 犇犻）（ 犻≤狀），最优近似分布约简与以参数为λ 变精度上近似分布约简等价 ． 定理 ３ 决策系统 ＤＳ＝ （ 犝， 犆∪犱）， 犆 为条件属性 集， 犱 为 决 策 属 性 集，且 犝／犆＝ ｛ 犆１ ， 犆２ ，…， 犆犿 ｝， 珚λ（ 犝／犱＝ ｛ 犇１ ， 犇２ ，…， 犇狀 ｝．若对于任意 犆犻，犼∈犅λ 犇犻）＝犆 犇犻）－犆λ（ 犇犻）（ 犻≤狀），有 犇（ 犇犻／犆犻，犼）＜０． ５，变精 狀（ 度下近似分布约简与下近似分布约简等价 ． 定理 ４ 决策系统 ＤＳ＝ （ 犝， 犆∪犱）， 犆 为条件属性 集， 犱 为 决 策 属 性 集，且 犝／犆＝ ｛ 犆１ ， 犆２ ，…， 犆犿 ｝， 珚λ （ 犝／犱＝ ｛ 犇１ ， 犇２ ，…， 犇狀 ｝．若对于任 意 犆犻，犼 ∈犅λ 犇犻）＝犆 犇犻）－犆λ （ 犇犻）（ 犻≤狀），有 犇（ 犇犻／犆犻，犼 ）＞１－λ，变 狀（ 精度上近似分布约简与上近似分布约简等价 ． 证明：参考定理 １ 的证明思路 ． 由上述定理可知：对于一个给定的近似空间，可以从多 角度 定 义 概 念 的 近 似 集，也 可 以 从 多 角 度 讨 论决策系统的属性约简；当目标概念的近似结果等价时，对应的分布约简也就等价 ． ４ 实例分析 采用不协调决策系统来验证定理 １， ２ 的正确性，定理 １ 的条 件属性集 犆１ ＝ ｛ 犪， 犫， 犮， 犲｝，决 策 属 性 集 犱＝ ｛ 犱１｝；定理 ２ 的条件属性集为 犆２ ＝ ｛ 犪１ ， 犪２ ， 犪３ ， 犪４｝，决策属性集为 犱＝ ｛ 犱２｝．实例数据，如表 １ 所示 ． １）利用验证定理 １ 系 统 验 证 最 优 近 似 分 布 约 简 与 Ｐａｗｌ ａｋ 下、上 近 似 分 布 约 简 关 系，有 犝／犆１ ＝ 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 第５期 罗来鹏，等：粗糙集中几种粒结构的代数关系 ６９９ ｛ 犡１ ， 犡２ ， 犡３｝，犡１ ＝ ｛ 狓１ ， 狓２｝，犡２ ＝ ｛ 狓３ ， 狓４ ｝，犡３ ＝ ｛ 狓５ ， 狓６ ｝． 犝／犱＝ ｛ 犡４ ， 犡５ ｝，其 中， 犡４ ＝ ｛ 狓１ ， 狓２ ， 狓３ ｝， 犡５ ＝ ｛ 狓４ ， 狓５ ， 狓６｝． 犆１（ 犡４）＝ ｛ 狓１ ， 狓２｝， 犆１ （ 犡５ ）＝ ｛ 狓５ ， 狓６ ｝； 犆（ ＝｛ 狓１ ， 狓２ ， 狓３ ， 狓４ ｝， 犆１ （ 犡５ ）＝ ｛ 狓３ ， 狓４ ， １犡４ ） 犡４） 犡５） ｜犆１（ ｜ ２ ｜犆１（ ｜ ２ 犡２ ∩犡４ 犡２ ∩犡５ ２ 狓５ ， 狓６｝．并且 ＝ ， ＝ ， ＝ ＝１＞ ．根 据 定 理 １，最 优 近 似 分 ３ ｜犡５｜ ３ ｜犡２ －犡４｜ ｜犡２ －犡５｜ ３ ｜犡４｜ 布约简与上近似分布约简等价 ． 表 １ 定理的不协调决策系统验证 Ｔａｂ． １ Ｕｎｃ ｏｏ ｒ ｄ ｉ ｎａ ｔ ｅｄｄｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏｎｓｙ ｓ ｔ ｅｍｆ ｏ ｒｖｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｔ ｈｅ ｏ ｒ ｅｍ 犝 定理 １ 系统的验证 犝 定理 ２ 系统的验证 犪１ 犪２ 犪３ 犪４ 犱２ 狔１ １ ０ ０ ０ １ １ 狔２ ０ １ １ １ ２ ０ １ 狔３ ０ １ ０ ０ ２ 犪 犫 犮 犲 犱１ 狓１ １ １ １ １ １ 狓２ １ １ １ １ 狓３ １ １ ０ 狓４ １ １ ０ ０ ２ 狔４ ０ １ １ ０ ２ 狓５ ０ ０ ０ ０ ２ 狔５ ０ １ ０ ０ １ 狓６ ０ ０ ０ ０ ２ 狔６ ０ １ ０ ０ １ ｏｐ ｔ ｏｐ ｔ 由最优近似集的计算方 法 可 得 最 优 近 似 分 布，即（ ， ）＝ （（ 犡４ 犡５ 狓１ ， 狓２ ， 狓３ ， 狓４ ），（ 狓３ ， 狓４ ， 狓５ ， 狓６ ））， 而这恰好也是上近似分布，根据约简定义，约简结果显然相同 ． ２）利用验证定理 ２ 的系统，验证最优近似分布约简与 变精度 下、上 近似分 布 约 简 关 系 ．取λ＝０． ６， 根据系统可得， 犝／犆２ ＝ ｛ 犢１ ， 犢２ ． 犢３ ， 犢４ ｝，犝／犱＝ ｛ 犢５ ， 犢６ ｝．其 中， 犢１ ＝ ｛ 狔１ ｝，犢２ ＝ ｛ 狔２ ｝，犢３ ＝ ｛ 狔３ ，狔５ ， 狔６｝，犢４ ＝ ｛ 狔４｝，犢５ ＝ ｛ 狔１ ，狔５ ，狔６｝，犢６ ＝ ｛ 狔２ ，狔３ ，狔４｝． 又 犆２０．６（ 犢５）＝ ｛ 犆２ （ 犢５ ）＝ ｛ 犆２０．６ （ 犢５ ）－犆２０．６ （ 犢５ ）＝Φ． 犆２０．６ （ 犢６ ）＝ 狔１ ， 狔３ ， 狔５ ． 狔６ ｝， 狔１ ， 狔３ ， 狔５ ． 狔６ ｝， ｛ 犆２（ 犢６）＝ ｛ 犆２０．６（ 犢６）－犆２０．６（ 犢６）＝Φ． 狔２ ， 狔４｝， 狔２ ， 狔４｝．所以， 根据文献［ ２５］的研究结果及定理 ２ 可知：最优近似分布约简与系统 ０． ６ 下分布约简等价，即约简结 果为｛ 犪３｝． 犢５） 犢６） ｜犆２（ ｜ ｜犆２（ ｜ 事实上，由于 ＝１／３， 犆２（ 犢５）－犆２（ 犢５）＝ ｛ ＝２／３， 犆２ （ 犢６ ）－犆２ （ 犢６ ）＝ 狔３ ， 狔５ ， 狔６｝， 犢 犢 ｜ ５｜ ｜ ６｜ ｛ 狔３ ， 狔５ ， 狔６｝．根据最优近似计算方法，最优近似分布为（（ 狔１ ， 狔３ ， 狔５ ， 狔６ ），（ 狔２ ， 狔４ ））．基于最优 近似分 布约 简的区分矩阵转为区分函数，即（ 犪１ ∨犪２ ∨犪３ ∨犪４）∧ （ 犪１ ∨犪２ ∨犪３ ∨犪４）∧ （ 犪３ ∨犪４）∧犪３ ＝犪３ ，其结果与上 述结果一致 ． 上述两个实例虽然只验证了定理 １， ２ 的部分结论，但是，根 据 这 些 结 论 的 验 证 过 程，也 可 以 推 出 定 理 ３， ４ 成立 ． ５ 结束语 粒计算是人工智能领域的一种新理念、新方法，主要 用于 对 不 确 定、不 精 确、不 完 整 信 息 的 处 理，其 本质的思想是通过合适粒度的选择，寻找问题近似的解决方案 ．针对粗糙集构建的粒空间上目标概念的 多种近似集，讨论 Ｐａｗｌ ａｋ 粗糙集近似、变精度近似、最优近似之 间的关系，得到这三 者之间 存 在 的 一 些 代数关系，且从这些代数关系中发现不 同 模 型 在 近 似 集 计 算 的 本 质 特 征 ．在 此 基 础 上，进 一 步 对 上 述 ３ 种近似所建立的分布约简之间关系进行讨论，得到一 些等价 条件 ．从这 些 结 论 中，不 仅 可 以 看 到 不 同 近 似刻画所对应的属性约简结果之间的关系，以及粗糙集模型近似计算与属性约简完整统一，还可以进一 步说明近似集理论作为一种新方法在不确定信息的处理上有着重要的应用 ． 参考文献： ［ １］ 苗夺谦，张清华，钱宇华，等 ．从人类智能到机器实现模型：粒计算理论与方法［ Ｊ］．智能系统学 报， ２０１６， １１（ ６）： ７４３ ? ７５７． ＤＯＩ： １０． １１９９２／ ｔ ｉ ｓ． ２０１６１２０１４． ［ ２］ 梁吉业，钱宇华，李德玉，等 ．大 数 据 挖 掘 的 粒 计 算 理 论 与 方 法 ［ Ｊ］．中 国 科 学：信 息 科 学， ２０１５， ４５（ １１）： １３５５ ?１３６９． 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ７００ ２０１９ 年 ＤＯＩ： １０． １３６０／Ｎ１１２０１５ ０００９２． ? ［ ３］ ＰＡＷＬＡＫＺ． Ｒｏｕｇｈｓ ｅ ｔ ｓ［ Ｊ］． Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎａｎｄＣｏｍｐｕ ｔ ｅ ｒＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ， ｌ ９８２， １１（ ５）： ３４ ｌ ３５６． ? ［ ４］ ＨＵ Ｑｉ ｎｇｈｕａ，ＭＩＪｕｓｈｅｎｇ， ＣＨＥＮ Ｄｅｇａｎｇ． Ｇｒ ａｎｕ ｌ ａ ｒｃ ｏｍｐｕ ｔ ｉ ｎｇｂａ ｓ ｅｄｍａ ｃｈ ｉ ｎｅｌ ｅ ａ ｒ ｎ ｉ ｎｇｉ ｎｔ ｈｅｅ ｒ ａｏ ｆｂ ｉ ｔ ａ［ Ｊ］． Ｉ ｎ  ｇｄａ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ ｓ， ２０１７， ３７８（ ２）： ２４２ ２４３． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｉ ｎｓ． ２０１６． １０． ０１２． ? ｊ． ［ ５］ 王健，徐余法，陈 国 初 ．基 于 相 对 核 的 属 性 约 简 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１３， ３４（ １）： １０?１３． ＤＯＩ： １０． Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１３． ０１． ００１０． １１８３０／ ? ［ ６］ 王敬，王全凤 ．复 杂 系 统 风 险 分 析 的 模 拟 方 法 ［ Ｊ］．华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１０， ３１（ ３）： ３３７?３３９． ＤＯＩ： １０． １１８３０／ Ｉ ＳＳＮ． １０００ ５０１３． ２０１０． ０３． ０３３７． ? ［ ７］ ＬＩＵ Ｄｕｎ， ＬＩＴｉ ａｎ ｒ ｕ ｉ， ＺＨＡＮＧＪｕｎｂｏ． Ｉ ｎｃ ｒ ｅｍｅｎ ｔ ａ ｌｕｐｄａ ｔ ｉ ｎｇａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎｓｉ ｎｐ ｒ ｏｂａｂ ｉ ｌ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃｕｎｄｅ ｒｒ ｏｕｇｈｓ ｅ ｔ ｓｔ ｈｅｖａ ｒ  ｋｎｏ ｓｙ ｓ． ２０１４． ０９． ００８． ｉ ａ ｔ ｉ ｏｎｏ ｆａ ｔ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｅ ｓ［ Ｊ］． Ｋｎｏｗｌ ｅｄｇｅ ｓ ｅｄＳｙ ｓ ｔ ｅｍｓ， ２０１５， ７３（ ８１）： ８１ ９６． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ?Ｂａ ? ｊ． ［ ８］ Ｊ ＩＮＧ Ｙｕｎｇｅ， ＬＩＴｉ ａｎ ｒ ｕ ｉ， ＨＡＭＩＤＯＦ， 犲 狋犪 犾． Ａｎｉ ｎｃ ｒ ｅｍｅｎ ｔ ａ ｌａ ｔ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｅｒ ｅｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎａｐｐ ｒ ｏａ ｃｈｂａ ｓ ｅｄｏｎｋｎｏｗｌ ｅｄｇｅｇ ｒ ａｎｕ  ｌ ａ ｒ ｉ ｔ ｔ ｈａｍｕ ｌ ｔ ｉ ｒ ａｎｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎｖ ｉ ｅｗ［ ｉ ｎｓ． ２０１７． ０５． Ｊ］． Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒｍａ ｔ ｉ ｏｎＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ ｓ， ２０１７， ４１１（ ８）： ２３?３８． ＤＯＩ： １０． １０１６／ ? ｙ ｗｉ ｇ ｊ． ００３． ［ ９］ ＣＨＥＮＬ ｉ ｎｓｈｕ，ＷＡＮＧＪ ｉ ａｙａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｗｅ ｉ ｃｈｅｎｇ， 犲 狋犪 犾． Ａｎｅｗｇ ｒ ａｎｕ ｌ ａ ｒｃ ｏｍｐｕ ｔ ｉ ｎｇ ｍｏｄｅ ｌｂａ ｓ ｅｄｏｎａ ｌ ｒ ａ ｉ ｃｓ ｔ ｒ ｕｃ  ｇｅｂ ｔ ｕ ｒ ｅ［ Ｊ］． Ｃｈ ｉ ｎｅ ｓ ｅＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＥｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏｎ ｉ ｃ ｓ， ２０１９， ２８（ １）： １３６ １４２． ＤＯＩ： １０． １０４９／ｃ ｅ． ２０１８． ０９． ００６． ? ｊ ［ １０］ ＨＵ Ｘｉ ｎｇｃｈｅｎ，ＷＩＴＯＬＤ Ｐ，ＷＡＮＧ Ｘｉ ａｎｍｉ ｎ． Ｃｏｍｐａ ｒ ａ ｔ ｉ ｖｅａｎａ ｌ ｓ ｉ ｓｏ ｆｌ ｏｇ ｉ ｃｏｐｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ：Ａ ｐｅ ｒ ｓｐｅ ｃ ｔ ｉ ｖｅｏ ｆｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｙ Ｊ］． Ａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｅＲｅ ａ ｓ ｏｎ ｉ ｎｇ， ２０１５， ６６（ １１）： ７３ ＤＯＩ： １０． １０１６／ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎｇａｎｄｇ ｒ ａｎｕ ｌ ａ ｒｃ ｏｍｐｕ ｔ ｉ ｎｇ［ ｉ ａ ｒ． ２０１５． ０７． ０ ?９０． ｊ． ｊ １１． ［ １１］ 王宝丽，梁吉业，胡运红 ．基于粒计算的犹豫模糊多准则决策方法［ Ｊ］．模式识别与人工智能， ２０１６， ２９（ ３）： ２５２ ２６２． ? ＤＯＩ： １０． １６４５１／ ｃｎｋ ｉ． ｉ ｓ ｓｎ１００３ ６０５９． ２０１６０３００７． ? ｊ． ［ １２］ 吴伟志，陈颖，徐优红，等 ．协调的不完备多粒度标记决策系统的最优粒度选择［ Ｊ］．模 式 识 别 与 人 工 智 能， ２０１６， ２９ （ ｃｎｋ ｉ． ｉ ｓ ｓｎ１００３ ２）： １０８ １１５． ＤＯＩ： １０． １６４５１／ ６０５９． ２０１６０２００２． ? ? ｊ． ［ １３］ 吴伟志 ．多粒度粗糙集数据分析研究的回顾 与 展 望［ Ｊ］．西 北 大 学 学 报 （自 然 科 学 版）， ２０１８， ４８（ ４）： ５０１ ５１０． ＤＯＩ： ? １０． １６１５２／ ｃｎｋ ｉ． ｘｄｘｂ ｚ ｒ． ２０１８ ０４ ００３． ? ? ｊ． ［ １４］ ＺＩＡＲＫＯ Ｗ． Ｖａ ｒ ｉ ａｂ ｌ ｅｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏｎｒ ｏｕｇｈｓ ｅ ｔｍｏｄｅ ｌ［ Ｊ］． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＣｏｍｐｕ ｔ ｅ ｒａｎｄＳｙ ｓ ｔ ｅｍＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ， １９９３， ４６（ １）： ３９ ５９． ? １０． １０１６／００２２ ００００（ ９３） ９００４８ ２． ＤＯＩ： ? ? ［ １５］ ＺＩＡＲＫＯ Ｗ． Ｐｒ ｏｂａｂ ｉ ｌ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃａｐｐ ｒ ｏａ ｃｈｔ ｏｒ ｏｕｇｈｓ ｅ ｔ ｓ［ Ｊ］． Ａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｅＲｅ ａ ｓ ｏｎ ｉ ｎｇ， ２００８， ４９（ ２）： ２７２ ２８４． ＤＯＩ： １０． １０１ ? ６／ ｉ ａ ｒ． ２００７． ０６． ０１４． ｊ． ｊ ［ １６］ ＹＡＯ Ｙｉ Ｐｒ ｏｂａｂ ｉ ｌ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃｒ ｏｕｇｈｓ ｅ ｔａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｉ ｏｎｓ［ Ｊ］．Ａｐｐ ｒ ｏｘ ｉｍａ ｔ ｅＲｅ ａ ｓ ｏｎ ｉ ｎｇ， ２００８， ４９（ ２）： ２５５?２７１．ＤＯＩ： １０． ｙｕ． １０１６／ ｉ ａ ｒ． ２００７． ０５． ０１９． ｊ． ｊ ［ １７］ 张清华，薛玉斌，胡峰，等 ．粗 糙 集 近 似 集 不 确 定 性 研 究 ［ Ｊ］．电 子 学 报， ２０１６， ４４（ ７）： １５７４?１５８０． ＤＯＩ： １０． ３９６９／ ｊ． ２１１２． ２０１６． ０７． ００８． ｉ ｓ ｓｎ． ０３７２ ? ［ １８］ 张清华，王 国 胤，肖 雨 ．粗 糙 集 的 近 似 集 ［ Ｊ］．软 件 学 报， ２０１２， ２３（ ７）： １７４５?１７５９． ＤＯＩ： １０． ３７２４／ＳＰ． Ｊ． １００１． ２０１２． ０４２２６． ［ １９］ 张清华，薛玉斌，王国 胤 ．粗 糙 集 的 最 优 近 似 集 ［ Ｊ］．软 件 学 报， ２０１６， ２７（ ２）： ２９５?３０８． ＤＯＩ： １０． １３３２８／ ｃｎｋ ｉ． ｏ ｓ． ｊ． ｊ ００４８５４． ［ ２０］ 谭安辉，李进金，吴伟志 ．多 粒 度 粗 糙 集 和 覆 盖 粗 糙 集 间 的 近 似 与 约 简 关 系 ［ Ｊ］．模 式 识 别 与 人 工 智 能， ２０１６， ２９ （ ８）： ６９１ ６９７． ＤＯＩ： １０． １６４５１／ ｃｎｋ ｉ． ｉ ｓ ｓｎ１００３ ６０５９． ２０１６０８００３． ? ? ｊ． ［ ２１］ 袁修久，张文修 ．模糊粗糙集的包含度和相似度［ Ｊ］．模糊系统与数学， ２００５， １９（ １）： １１１ １１５． ? ［ ２２］ 罗来鹏，刘二根，范 自 柱 ．最 优 近 似 粗 糙 集 ［ Ｊ］．河 南 科 技 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ）， ２０１８， ３９（ ３）： ８９?９３． ＤＯＩ： １０． １５９２６／ ｃｎｋ ｉ． ｉ ｓ ｓｎ１６７２ ６８７１． ２０１８． ０３． ０１７． ? ｊ． ［ ２３］ 邓大勇，黄厚宽，李向军 ．不一致决策系统中约简之间的比较［ Ｊ］．电子学报， ２００７， ３５（ ２）： ２５２ ２５５． ＤＯＩ： １０． ３３２１／ ? ｊ． ｉ ｓ ｓｎ： ０３７２ ２１１２． ２００７． ０２． ０１４． ? ［ ２４］ 杜卫锋，秦克云 ．不协调决策表几种约简标准及其关系分析［ Ｊ］．电子学报， ２０１１， ３９（ ６）： １３３６ １３３９． ? ［ ２５］ 张文修，梁怡，吴伟志 ．信息系统与知识发现［Ｍ］．北京：科学出版社， ２００３． （责任编辑：陈志贤 犺 狋 狋 犺犱狓犫． 犺狇狌． 犲 犱狌． 犮狀 狆：∥狑狑狑． 英文审校：黄心中） 《华侨大学学报（自然科学版）》简介 犅犚犐犈犉 犐犖犜犚犗犇犝犆犜犐犗犖 犜犗 犑犗犝犚犖犃犔犗犉犎犝犃犙犐犃犗犝犖犐犞犈犚犛犐犜犢 （犖犃犜犝犚犃犔犛犆犐犈犖犆犈 ） 《华侨大学学报（自然科 学 版）》（下 称 《学 报》）创 刊 于 １９８０ 年，是 福 建 省 教 育 厅 主 管，华 侨 大 学 主 办，面向国内外公开发行的自然科学综合性学术理论刊物 ． 《学报》的办刊宗旨是：坚持四项基本原则，贯彻“百花齐放，百家争鸣”和理论与实践相结合的方针， 广泛联系海外华侨和港、澳、台、特区的科技信息，及时反映国 内尤其 华 侨 大 学 等 高 等 学 府 在 理 论 研 究、 应用研究和开发研究等方面的科技成果，为发展华侨高等教育和繁荣社会主义科技事业服务 ． 《学报》以创新性、前瞻性、学术性为办刊特色，主要刊 登 机械 工 程 及 自 动 化、测 控 技 术 与 仪 器、电 气 工程、电子工程、计算机技术、应用化学、材料与环境工程、化工与生化工程、土木工程、建筑学、应用数学 等基础研究和应用研究方面的学术 论 文，科 技 成 果 的 学 术 总 结，新 技 术、新 设 计、新 产 品、新 工 艺、新 材 料、新理论的论述，以及国内外科技动态的综合评论等内容 ． 《学报》既是中文综合性科学技术类核心期刊，又是国 内 外重要 数据 库 和 权 威 性 文 摘 期 刊 固 定 收 录 的刊源 ．在历次全国及福建省的科技期刊评比中，《学报》都荣获过大奖 ．曾获得１９９５ 年“全国高等学校 自然科学学报系统优秀学报一 等 奖”， １９９７ 年“第 二 届 全 国 优 秀 科 技 期 刊 奖”， １９９９ 年， ２００８ 年“全 国 优 秀自然科学学报及教育部优秀科技期刊”，并于 ２００１ 年入选“中国期刊方阵‘双效期刊’”． 《学报》现为双月刊， Ａ４ 开本． 中 国 标 准 连 续 出 版 物 号：ＣＮ３５  １０７９／Ｎ；国 际 标 准 连 续 出 版 物 号： ＩＳＳＮ１０００  ５０１３；国内邮发代号：３４  ４１；国外发行代号：ＮＴＺ１０５０． Ｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌｏ ｆＨｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ）（ ａｂｂ ｒ ｅ ｖ ｉ ａ ｔ ｅｄｔ ｏｔ ｈｅＪ ｏｕ ｒ ｎａ ｌ），ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｅｄｐｕｂ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎｉ ｎ１９８０，ｉ ｓａｃ ｏｍ ｙ（ ｒ ｅｈｅｎｓ ｉ ｖｅａｎｄａ ｃ ａｄｅｍｉ ｃｊ ｏｕ ｒ ｎａ ｌａｂｏｕ 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ｅｄｕ． ｃｎ烎 烆 主 编： 黄 仲 一 印 刷： 泉 州 晚 报 印 刷 厂 国内发行： 福 建 省 泉 州 市 邮 政 局 订 购 处： 全 国 各 地 邮 政 局 （所 ） 国外发行： 中 国 出 版 对 外 贸 易 总 公 司 （北京 ７８２ 信箱，邮政编码 １０００１１）  ５０１３ 号：ＩＳＳＮ１０００ ＣＮ３５  １０７９／Ｎ ００ 元／册 国内定价：１０． ６０． ００ 元／套 刊 代 （Ｂ ｉｍｏｎ ｔ ｈ ｌ ｔ ａ ｒ ｔ ｅｄｉ ｎ１９８０ ） ｙ，Ｓ Ｖｏ ｌ． ４０Ｎｏ． ５ （ Ｓｕｍ１６９） Ｓｅｐ．２０，２０１９ 犆狅犿狆犲 狋 犲 狀 狋犃狌 狋 犺狅 狉 犻 狋 ａ ｔ ｉ ｏｎ 狔： ＴｈｅＥｄｕｃ Ｄｅｐａ ｒ ｔｍｅｎ ｔｏ ｆＦｕ ｉ ａｎＰｒ ｏｖ ｉ ｎｃ ｅ ｊ ： 犛狆狅狀 狊 狅 狉 Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｑｕａｎｚｈｏｕ３６２０２１，Ｆｕ ｉ ａｎ，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｊ （ ， ， Ｘｉ ａｍｅｎ３６１０２１ Ｆｕ ｉ ａｎ Ｃｈ ｉ ｎａ） ｊ 犈犱 犻 狋 狅 狉犻 狀犆犺 犻 犲 犳 ： ＨＵＡＮＧＺｈｏｎｇｙ ｉ 犈犱 犻 狋 犲 犱犪狀犱犘狌犫 犾 犻 狊 犺犲 犱犫狔 Ｅｄ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ａ ｌ Ｄｅｐａ ｒ ｔｍｅｎ ｔｏ ｆＪ ｏｕ ｒｎａ ｌｏ ｆ （ Ｈｕａｑ ｉ ａｏＵｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｎ ａ ｔ ｕｒ ａ ｌＳｃ ｉ ｅｎｃ ｅ） ｙ ｌ：０５９５  ２２６９２５４５ 烄 Ｔｅ 烌 ： Ｅｍａ ｉ ｌｊ ｏｕ ｒｎａ ｌ＠ｈｑｕ． ｅｄｕ． ｃｎ ： ／ ／ Ｈ ｔ ｔ ｗｗｗ． ｈ ｄ ｘ ｂ ． ｈ ｕ ． ｅ ｃｎ烎 ｐ ｑ ｄｕ． 烆 犇犻 狊 狋 狉 犻 犫狌 狋 犲 犱犫狔 Ｃｈ ｉ ｎａＰｕｂ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎＦｏ ｒ ｅ ｉ ｇｎ Ｔｒ ａｄ ｉ ｎｇＣｏ ｒｐｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏｎ （ Ｐ． Ｏ． Ｂｏｘ７８２，Ｂｅ ｉ ｉ ｎｇ，１０００１１，Ｃｈ ｉ ｎａ） ｊ 国内邮发 ３４  ４１ 号： 国外 ＮＴＺ１０５０