边缘效应范文
边缘效应范文（精选6篇）
边缘效应 第1篇
在理想的情况下, 传统的平行板电容器的电场是均匀分布的。但实际上, 平行板电器容的平行板中间部分的电场分布是均匀的, 而在电容器的边缘, 电场的电力线是弯曲且发散的, 这种在电容器边缘存在发散电场的现象称为电容器的边缘效应[1,2]。L称为边缘散射电场线宽度, 一般L越大, 表示边缘效应越明显[3,4]。由于电容器边缘效应的存在, 导致平行板存在一个边缘附加电容, 即平行板电容的实际电容值应大于式理论计算得出的电容值, 边缘效应成为电容传感器使用的主要制约因素[5,6]。
为了找到消除或减小边缘效应对电容值计算的影响, 本文将利用ANSYS有限元软件[7,8], 对平行板电容传感器的电场分布进行二维仿真, 分析电容传感器的结构, 找出产生边缘效应的原因, 然后提出几个有效改善边缘效应的措施。
2. 方法和步骤
本文把平行板电容传感器简化为二维电场进行有限元分析, 主要基于以下假设:介质的介电常数恒定, 不依赖电场;传感器中的电介质各向同性、均匀分布。
利用ANSYS软件仿真分析平行板电容传感器电场分布, 其主要操作步骤分为三个过程:
(1) 建立模型
A.设置参数:极板直径2r, 极板厚度h, 极板间距d, 空气相对介电常数;
B.定义材料属性, 建立几何模型, 如图1;
C.对几何模型进行网络剖分, 如图2。
(2) 加载和求解:在上极板加电压激励12V, 下极板接地, 然后进行求解。
(3) 查看分析结果:利用后处理模块, 可查看到求解后的电场电位分布图, 如图3。
3. 结果与分析
为了了解电容传感器边缘电场扩散的大小跟极板之间的关系, 故设极板直径2r为40mm, 极板厚度h为2mm, 空气相对介电常数为1;然后在保持极板直径和极板厚度不变的情况下, 分别改变极板间距为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm, 然后重新用进行ANSYS进行仿真求解, 并利用工作平面的网格工具对边缘散射电场线宽度L进行测量, 得出以下结果:
图4中颜色的冷暖代表所处位置上电场线密度的大小, 蓝色最小为0, 越靠近红色表示电场线密度越大, 即电场线分布的越集中。
当极板直径为40mm, 极板厚度为2mm, 极板间距不同时, 边缘散射电场线宽度也不一样, 具体结果如表1和图5所示。
观察结果图并由表1和图5可知, 随着电容传感器两极板间距的增加, 边缘散射电场线宽度逐渐变大, 即对极板间的电场影响越明显。对比图4中各子图可知, 虽然附加电容占平行板总电容百分比随着极板间距d的增加速度小于边缘散射电场线宽度随着极板间距d的增加速度, 但他们却都使得边缘效应的影响随着极板间距的增大而不断增大。
4. 总结
通过平行板电容的模拟仿真可以得知:平行板电容传感器的边缘效应的确存在, 并且边缘效应产生的附加电容对平行板电容传感器的电容值产生了较为严重的影响, 在设计利用平行板电容传感器时不能忽略边缘效应。平行板传感器的极板间距越大, 边缘效应的影响越大。当电容传感器进行结构设计时, 应充分考虑到边缘效应所产生的影响。为了减少边缘效应的影响, 保证测量精度, 在设计电容器是厚度传感器时, 应测量介质厚度, 尽量减少极板间距。
参考文献
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边缘效应 第2篇
总体上看, 湘南山区农村经济状况相对贫困, 交通不便, 农民出行困难, 地方工业特别是乡镇和村办企业不发达, 乡村集体经济薄弱, 农民外出务工人员多, 守家务农人员呈现明显减少趋势, 地质灾害多。在这些背景和条件下, 湘南山区农村容易存在和形成“边缘村庄”, 这些“边缘村庄”人口稀少, 地域面积小, 交通非常不便, 发展明显落后, 基础设施十分陈旧, 服务设施贫乏, 经常遭受自然灾害。
2 湘南山区农村“边缘村庄”搬迁模式研究
2.1 政府主导搬迁模式
政府按照城乡经济社会发展一体化新格局的要求, 有计划、有组织地把边缘村庄逐步进行搬迁、整合。这种搬迁模式, 政府起主导作用, 需要村民积极参与, 可以在相对较大规模、较大范围内实现搬迁, 如跨乡镇之间或乡镇内、行政村之间或行政村内, 但对于边缘村庄搬迁, 在行政村之间或者行政村内实施的可行性更好, 政府是否将边缘村庄的发展纳入新农村建设的重要工作对这种模式能否实现至关重要。从各村实际出发, 引导“贫困的往公路沿线搬、中等的往集市搬、富裕的往县城搬”, 由县乡村三级组织协调宅基地, 在沿县乡或村级公路旁、适合集中居住地等统一兴建村庄, 在规划设计、建房款式、建房费用、承建施工、结算标准等方面进行合理管理, 实现规模、集中安置。当然这种模式交接手续相对复杂, 成本相对较高、管理难度相对较大。目前政府用这种模式实现因自然灾害形成的较大范围的边缘村庄搬迁, 还可以进一步加大实施的力度。从边缘村庄的角度看这种模式是可行的, 也是必须的, 因为边缘村庄比例总体较少, 涉及的人口也相对有限。
2.2 村级协调搬迁模式
这种模式主要是充分发挥村级组织作用, 以村级力量为主, 对本行政村内的自然村情况进行详实摸底统计和登记, 由村级组织按照国家有关规定和村内办法实施搬迁, 如对行政村内集中居住地或适合定居地的一些无人居住的空房和危房、长期未使用的村集体用房和其他房等, 在政府的支持下, 理顺和明确权属, 统一改造, 安置迁移村民。鼓励农户逐步从高山迁往低山、从低山迁入路边、集镇, 从路边迁入集镇、县城, 实现梯次搬迁、插花安置。
2.3 村民自发搬迁模式
自发搬迁模式即村民自主、自愿搬迁, 不需要政府和其他组织的强制或者引导, 当然必要的支持不可少。这种模式适合在行政村内实施。自发搬迁运作路径一般是:农民组织者--选址--组织人员和资金--迁移--组织生产←--基础设施及两证←--政府。自发组织搬迁模需要一定的前提:一是需要组织者。组织者需要一定的号召力和凝聚力, 在自发组织搬迁中能起领头羊的作用;二是需要一定的资金筹集能力。自发性搬迁主要依靠村民, 其搬迁隐含的前提是:没有政府补贴也要实现搬迁。自发组织搬迁遇到问题尽可能自主想办法解决, 思想、行动的主动性强, 独立性强。自发组织搬迁前期政府不需要投入, 成本相对较低, 但政府如能在搬迁后进行“通水、通路、通电”等硬件投入或适当补贴, 改善搬迁村民的生产、生活条件, 将起到“星火助燃”效应。从课题组调研了解的情况看, 湘南山区有自发性搬迁意向的村民越来越多, 帮助这些村民实现自主搬迁, 是政府和有关部门需要认真研究的问题。
2.4 投亲靠友搬迁模式
投亲靠友搬迁模式主要依托血缘关系进行, 亲朋好友同意接纳是主要环节。这种模式也是建立在移民自觉、自愿、自主的基础上, 移民是决策的主体, 能够自觉承担决策的风险和责任, 参与效果较好, 组织和实施相对简单。这种模式既可在行政村内实施, 也可跨行政村甚至乡镇实施。但是这种搬迁模式只能解决移民短期的居住问题, 享受当地村民土地、林业、户籍等同等权利和待遇还需要在搬迁后解决, 移民后续生产、生活的不确定性在很大程度上存在, 容易出现当地群众欺生或人多欺人少等歧视移民的现象。
2.5 项目带动搬迁模式
这种模式主要以项目建设来实现村民搬迁, 使项目建设与村民安居、农村发展、小城镇化建设有机结合。项目既包括农业生产与开发项目, 也包括工业和服务业项目:其一, 通过土地开发、经济林木种植、养殖业发展、农产品加工制造、小规模工业生产和特色服务业等形成产业基地, 使贫困户搬迁到基地从事生产, 如在一些农场、林场和加工制造场, 一些村民虽然名义上没有搬迁, 但实际上长期在此生产生活, 形成事实上的搬迁效应;其二, 通过政府引导, 搬迁农户并不安排安置生产用地, 安置后移民的发展依托于二、三产业项目和吸收劳务输出形成安置, 实现搬迁;其三, 积极利用农民工外出务工后产生的“反哺”作用。一些外出务工农民通过外出务工掌握了一定技能, 有一定积蓄, 有能力上项目或找项目, 实现就业和致富。当前, 因年龄等多方面的原因返乡农民逐渐增多, 一些村民不希望再回到原山区生产生活, 主动想办法搬迁, 从事二、三产业经营, 实现“非农化”生产生活。
2.6 进城 (镇) 购房搬迁模式
进城 (镇) 购房搬迁模式优点:一是基础设施完善可受益于城镇建设的“同步效应”, 水、电、气、排污、有线电视、宽带网络等设施与城市一体化布局, 医院、学校、体育馆等公共设施能得到完善。二是交通方便, 信息较灵, 就业门路相对较广;三是从长远、发展的观点来看, 符合乡村城镇化发展趋势和要求。采用这种模式需要一个必须的条件就是搬迁村民有一定的经济承受能力:即使搬迁村民能够享受政府部分补贴以及银行购房相关贷款特殊优惠政策, 但搬迁村民总体上仍要承担绝大部分购房款。因此, 这种模式只能在小部分村民群体中实现。
3 湘南山区农村“边缘村庄”搬迁的效应评价
农民搬迁是个复杂的工程, 采取什么样的搬迁安置模式成为农民搬迁的核心问题, 搬迁后带来什么样的效应则成为检验搬迁成败的主要标准, 因此, 农民搬迁实际上是农民、政府、社3.1经济效应
从已经搬迁的边缘村庄调研情况看, 边缘村庄搬迁产生了明显的经济效应收入增加。把村民人均收入进行量化比较后, 村民搬迁后比搬迁前的人均收入有增加, 有些村民人均收入增加的幅度达到2倍之多 (见表) 。收入增加主要有以下几个方面的原因:第一, 生产和生活性支出成本大大减少。第二, 新迁入地农业产业基础好, 农业效益好。如衡阳市塔山瑶族乡瑶民搬迁后利用当地的杉木、楠竹等资源和交通优势发展生产, 收入大大提高。第三, 新迁入后享受政策支持更充分, 受益更大。第四、致富门路更广, 就业渠道更多, 收入来得更快。收入增加让村民感受到搬迁给他们带来的好处。如该郴州资兴市东江镇罗围村仙背岭小组12户农户, 2003年搬迁到离东江城区仅一里路的仙境垅, 短短七年时间后, 目前不仅住进了宽敞的新房, 而且家里积蓄都达5万元以上。
3.2 社会效应
社会效应主要表现如下四个方面:第一, 促进了搬迁村民思想观念的转变, 如资兴市连坪乡上莲村坳下组等3户农户, 从大山深处搬迁至村级公路旁边, 与外界接多了, 思想观念发生了很大变化, 他们摒弃了“等、靠、要”、封闭满足等思想, 自力更生意识、开放发展意识、学用科技意识大大增强。正如其中一位叫黄海平的农户所说“看到别人赚钱, 自己也想赚钱, 便想办法赚钱”。第二, 搬迁后的交通比原来便利, 村民出行、看病、购物、务工方便, 学生上学方便, 外出时间缩短, 时间成本和经济成本都大大降低。第三, 远离地质灾害点。一些村民原居住地经常受到地质灾害影响, 通过搬迁后, 村民的人身、财产得到安全保障, 为村民避免了经济损失。第四, 政府的公信力增强。由于村民念土情结、搬迁资金不足等原因, 一些村民不愿意搬迁, 给搬迁工作增加了很大的难度。通过宣传, 部分村民搬迁后产生的经济效应, 让原来不愿意搬迁的村民改变了看法, 转而积极配合搬迁, 由被动搬迁变主动搬迁, 增强了政府的公信力, 改善了干群关系。
3.3 生态效应
边缘村庄一般地处偏远山林地, 是保持山、水本身的自然状态的重要地带。从可持续的角度来分析, 边缘村庄村民搬迁后, 减少了人类活动对森林植被的破坏和水土流失, 有利于进一步实施退耕还林, 大力发展经济林木, 有效治理和开发利用原有宅基地、荒山荒坡等, 促进土地资源综合科学利用, 促进源头保水保土、防泥沙流固土, 促进野生动物恢复和增加, 促进生态环境的保护加强。
摘要：通过对湘南山区农村“边缘村庄”模式进行研究并对搬迁效应进行评价, 为湘南山区农村“边缘村庄”搬迁及新农村建设提供参考, 也为我国其他搬迁提供一定的借鉴。
关键词：湘南山区,边缘村庄,搬迁模式,搬迁效应
参考文献
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非球面柔顺研抛的边缘效应机理研究 第3篇
以单点接触方式或小面积工具进行非球面数控研抛的柔顺研抛已经通过计算机控制光学曲面成形技术(computer controlled optical surfacing,CCOS)策略实现了其工艺过程的完全控制[1,2]。但是,单点接触或小面积工具研抛不仅加工效率低下,而且易产生高频划纹破坏加工表面,因而实际生产中需要大面积研抛工具自动适应曲面形貌变化以线接触、面接触或多区域接触的多点接触方式进行大型工件研抛加工。应力盘研抛工艺就是其典型代表[3,4],这种方法能够有效地摆脱计算机控制小工具抛光中滋生中高频残差的误差来源, 同时易于修改被加工表面产生的低频偏差,如象散等。应力盘抛光以其收敛快、效率高、质量好的优势,开拓了大口径高陡度非球面加工技术的新途径, 为新一代超大型天文望远镜的制造奠定了基础,成为现代光学制造的研究热点[5,6]。
多点接触因曲面形貌引起工具位置与姿态变化,需要工具能够适应曲面形貌变化而改变姿态,所以研抛盘一般用可自由转动的铰链连接。虽然这种方法在实验中证明能够取得良好的工艺效果,但也存在一些特殊问题,工件边缘区域去除过多就是其中的突出问题之一。根据曲面柔顺研抛最具代表性的去除机理之Preston假设可知,工件表面某一点的材料去除量与工具相对于工件表面的运动速度、接触压力和加工时间成正比[7,8,9]。非球面边缘区域的研抛进给路径是其他区域的一半,整个过程加工速度、进给速度和压力都不会明显变化,所以,现有的理论结果应该是去除更少,但实验结果与此根本对立。本文从研抛过程的动力学状态转换入手,重新研究了柔顺研抛的工艺过程,总结了产生边缘效应的原因。
1 研抛过程动力学建模
非球面光学零件的柔顺精密研抛时,一般认为工件是刚性的,弹性变形占主导,且主要发生在工具上。应力盘面积比变形区域更大时,可以简化为弹性无限大平面与刚性回转曲面之间的弹性接触[10,11]。根据赫兹接触理论,此时的变形区域边界是一个椭圆。研抛的进给轨迹一般是经过回转轴的主剖面与曲面相交形成的一条曲线。按照数学习惯,定义这一主剖面为OXY平面,且水平轴为X轴,工件绕竖直轴旋转的回转轴为Y轴[12,13]。
根据这一坐标系定义,在以
(b)非球面研抛三维几何模型
图1中,Curve0就是研抛盘中心进给运动的轨迹,位于OXY平面内,用L表示这一弯曲轨迹;Curve 3是无限大平面研抛盘与椭球接触面边缘的椭圆,位于以Curve 3为边缘的非球面表面,用S表示这一定义域。对于任意一点q1(x1,y1,z1)∈S,它既是非球面工件表面上的一点,也是工具表面的点。非球面工件表面上,q1点以
由于研抛盘中心位于非球面工件表面上主剖面OXY平面内,根据坐标系统的设定,uvp0平面位于OXY平面内,且w轴与Z轴平行,所以,q1与q2是关于OXY平面对称的,即:
(1)
2 接触压力分布规律
如图1,把q1与q2两点上的正压力f1与f2表示成直角三分量形式,可以定义为
(2)
其中f1v=-f2v,f1u与f2u对q0点的力矩方向相反,f1w与f2w对q0点的力矩绕w轴部分方向相反,而绕v轴部分相互叠加。令uq表示直线q1q2与u轴之间的距离,则f1与f2对q0点力矩的总和为uq(f1w+f2w)。
令f1与uvOr平面夹角为α,则q1点上的f1对q0点的力矩M1可以表示为
M1=f1uqcos α (3)
令f1与v轴的夹角为β,则:
设q0点的v轴所在直线的方向数为pv,qv,rv;设q1点的f1所在直线的方向数为pf,qf,rf,则它们所在直线Lv、Lf可分别表示为
(5)
则:
式(5)和式(6)中的x1、y1和z1就是q1点的对应坐标值;x0、y0和z0就是q0点的对应坐标值,且z0=0。设F(x,y,z)=0为非球面方程,则q0点的v轴和q1点的f1方向数计算公式为
如图2所示,u=uq平面与研抛接触面的交线为Curve 4,设其为l。在u=uq内的l上,所有接触力对于工具支点q0(x0,y0,z0)的力矩设定为Mu q,该力矩当量作用力设定为Fu q,其作用点是uvwp0坐标系的(uq,0,0)点,方向与该坐标系v轴一致。则:
Mu q=∫lM1d l=∫lf1uqcos αd l=Fu quq (7)
所以有
Fu q=∫lf1cos α d l (8)
通常的弹性研抛工具属于虎克弹性属性,变形量与压力线性对应,变形量曲线也就对应着接触力曲线,当量作用力也同样对应当量变形。某加工过程在q0点施加法向作用力Fn时,研抛盘的最大变形量(即q0点的变形量)设为δmax=0.3mm,对于口径为500mm、表达式为
1.标注曲线 2.畸变曲线
4 边缘区域研抛接触压力变化
非球面研抛时,研抛盘一般沿着工件轴剖面母线在工件中心与边缘之间进给。边缘区域的研抛过程,也就是研抛盘中心即将到达非球面工件边缘,使得部分接触区域超出加工区域的过程。设研抛盘中心点与接触变形边缘在进给方向上的距离为b,同一方向上研抛盘中心点与工件边缘的距离为a。边缘区域的研抛过程有0ab。
在形貌适应性研抛过程中,工具需要随着工件表面形貌自动变化姿态,所以一般用可自由转动的铰链连接。因此,当量作用力对于工具中心的转矩应该左右对称,即
∫u0-∞Fuq-uuqduuq=∫+∞u0Fuq+uuqd uuq (9)
边缘区域研抛时,当量作用力对工具中心的转矩仍然需要左右对称,即
∫u0u0-bFuq-uuqduuq=∫u0+au0Fuq+uuqduuq (10)
由于边缘区域研抛过程研抛盘中心施加的法向作用力Fn一般保持不变,故式(10)中Fu q+的积分区间若减小,则Fu q+必将显著增大。在研抛盘中心与工件边缘的距离由b接近于0的过程中,Fu q+将以(1/a2)方式由原来的值增至无穷大,如图4所示。
一般区域研抛过程的进给是由-b至b的,而边缘区域研抛过程的进给是由0至b的。因此,边缘区域研抛过程的加工时间减少一半,但是接触压力却以二阶幂指数的方式增大,并且在最边缘区域接触压力接近于无穷大,所以,边缘区域就会被去除更多。
5 实验研究
实验选用精车后轴截面曲线满足
1.车床夹具 2.工件 3.研磨盘 4.摆臂 5.刀架 6.电机 7.磁流变力矩伺服装置 8.同步齿形带 9.转轴 10.圆柱铰链支撑的可转动研抛工具
6 结语
形貌适应性多点接触柔顺研抛工具在非球面研抛中,适应曲面形貌自动调节自身姿态的过程始终遵循动力学平衡准则,即工具各接触点所受压力对工具支点力矩总和为零。在边缘区域研抛的进给过程中,工具部分区域超出工件边缘,使得实际接触区域减少,也导致形成力矩的力臂变短,所以接触压力相应增大。
边缘区域的研抛进给路径是其他区域的一半,加工时间也对应减少一半。在整个加工过程中的主运动速度、进给速度和外加压力都不会明显变化,加工时间以线性方式减少一半,但接触压力以二阶幂指数方式由原值递增至无穷大,所以,决定去除效率的因素中,接触压力比加工时间更占主导。因此,非球面形貌适应性柔顺研抛时,边缘区域实际去除会更多。
边缘效应 第4篇
一般的光照校正算法 (如:MSR, 多尺度的Retinex算法) , 在校正光照的同时对光照的边缘进行了增强, 从而会影响羽毛自身的图像特征, 影响缺陷检测的准确度, 效果不佳。因此, 有必要进行新的方法的研究。
本文在结合羽毛图像的特征, 对基于一种Retinex理论的自适应的图像平滑算法进行改进, 使之有效的适用于羽毛图像的光照校正。论文首先针对旧算法在羽毛图像光照校正时存在的不足, 提出了新的传导函数;然后对图像局部不一致性的测量指标进行了改进;最后根据论文所提出的方法进行了图像的光照校正实验, 并对实验结果进行了分析。
1 改进的光照校正算法
1.1 经典Retinex理论
Retinex是由单词retina和cortex (即:视网膜和大脑皮层) 复合而成, 是一种基于人眼具有颜色恒常性[1]而提出的理论。Retinex理论最早由Edwin.H.Land于1963年提出, 其基础是入射/反射模型。该理论认为图像I取决于环境的照明和物体对光照的反射, 用数学公式可表示为:
式 (1) 中I为成像设备获取的图像, L为照度分量, 表示入射到物体上的光源能量总和;R表示物体的反射系数。
Retinex算法的主要目的就是将给定图像I分解为反射图像R和照度图像L, 以消除光照不均匀的影响。考虑到心理视觉特性[2]以r作为输出:
Retinex算法的中心/环形式[3]可表示为:
式 (3) 中F (x, y) 是中心/环绕函数, *为卷积操作。若归一化, 则要求:
1.2 基于Retinex的自适应平滑算法
采用基于Retinex的自适应平滑算法的关键是采用3×3滤波器与原图像做卷积运算[9]估计光照图像, 其系数反应了图像上每个点处的间断程度。数学公式描述为:
式 (5) 中
取原图I作为迭代的初始值, 即:
函数g是一个非负的单调减函数, 参数d (t) (x, y) 是图像局部不一致性的测量值。
文献[4]证明了这种自适应平滑处理是图像各向异性扩散的近似。算法的传导函数g和参数d都是影响平滑效果的关键因素。在文献[4]中, 一种指数形式的传导函数被提出:
文献[5]提出了另一种形式的传导函数:
Park等人[6]证明了这两种函数在图像平滑过程中是否保持图像的边缘特征与参数d、k之间的关系有关, 一般情况下k值的选取很困难。同一副图像的不同的特征边缘处, 由于d、k的关系不同, 有些边缘被锐化增强, 有些边缘被弱化, 这为后期检测羽毛缺陷带来了不确定因素。
1.3 本文提出的传导函数
为了使这种基于Retinex的自适应的图像平滑算法满足羽毛图像光照校正的要求, 在羽毛图像的光照补偿过程中对边缘特征的变化可控, 本文提出一种新的传导函数的形式:
为了使传导函数式 (11) 在图像平滑过程中不具有边缘增强效应的证明简洁, 不失一般性, 考虑一维情况下图像中明暗变化的边缘。图1表示了图像上由暗到亮的边缘:
图中明暗变化的拐点满足条件:I对x的二阶导数Ixx=0, I对x的三阶导数Ixxx<0。
计算图像对时间t的导数:
式中Ix为图像I对x的一阶导数, 流量函数φ (Ix) 为:
由于在边缘上的拐点处, Ixx=0, 故:
又由于拐点处Ixxx<0, 故:
由于有恒成立而与参数d、k的取值无关, 这表明在平滑过程中图像的明暗变化边缘始终不会被锐化加强。
为了更好的对改进前后的算法做对比, 做g2、
gnew对应的流量函数, 如图2所示。
2 图像间断性的测量
2.1 计算局部不一致性的一般方法
采用图像亮度的梯度幅度值作为图像局部不一致性的测量值d是一种普遍采用的方法[5,9]。即:
2.2 一种改进测量方法
除采用空间梯度幅值作为不一致性的测量值外, 文献[5, 6]中又各自提出了不同的测量方法。与文献[5]中提出的方法相比, 文献[6]中提出的方法在保持高效的平滑效果前提下, 计算得到了很大程度的简化。这种方法是计算每个点与其8领域内各点亮度差的绝对值, 然后取均值作为每个点局部不一致性的度量值。即:
式 (20) 中, Ω为点 (x, y) 的8邻域。将其归一化:
一般τ∧值较大的点与不均匀的光照有更大的相关性, 为了强化这些点的影响, 做非线性变换:
虽然是对局部灰度不一致性进行的测量, 但是经反复迭代, 可以很好的反应大范围的灰度不连续程度。
2.3 本文的测量方法
从羽毛的形态特征上看, 羽毛曲面平滑且变化平缓, 因此不会产生剧烈变化的光照阴影。从图像上看, 光照变化的边缘基本都是某一个方向上像素点的亮度差较大, 而其他方向上像素点亮度变换不明显。为了突出光照边缘点处的局部不一致性, 本文对公式 (19) 进行改进:将原公式中求点 (x, y) 与邻域内8点的亮度绝对值的均值改为在8个点的亮度绝对值中选4个最大值, 然后再求其均值。即:
式中, Ω为点 (x, y) 的8邻域, di表示邻域Ω内的点 (mi, ni) 。τ再经归一化 (20) 和非线性变换 (21) 后得。
本文对公式 (5) 中权值ω的计算公式选取为:
由前文可知, gnew中的参数k、s的选取不会使灰度变换边缘具有增强效果, 只是影响着图像平滑的程度。gnew (d, k) 主要反映了羽毛图像的全局的光照特征, 对所有的最近邻域像素有近似的局部不均匀性值的大范围的光照明暗变化校正起着主要作用;gnew (τ~, s) 起着对gnew (d, k) 的补充作用。与单纯用一个指标量计算权值相比, 这种计算方式能更加综合的反应图像特征, 特别是对于小面积的光照变化也有更好的校正效果。
3 实验结果及分析
实验平台上采集得到的羽毛图像为24 bit RGB彩色图像, 大小为900×300像素, 进行图像处理前需要将彩色图转换为灰度图。图3 (a) 是实验平台上采集的羽毛原图;图3 (b) 是经本文算法处理后的图像。
对比处理前后的两幅图像, 可以看出图像处理前后的一些细节变化:羽毛毛片上半部分有两个虫蛀缺陷, 光照平滑处理后, 缺陷仍清晰可见;原图中, 羽毛黑色背景细节几乎很难看到, 经处理后的图像中, LED光源的细节, 及羽毛固定的夹具细节都变的更加清晰;缺陷及纹理的弱化效果取决于参数k、s的取值。
为了进一步对比处理前后的效果, 选取一条过虫蛀斑点缺陷的垂直扫描线, 位置如图4所示。
处理前后图像的扫描线上灰度值的对比, 如图5所示。
从图中可看出羽毛的图像特征较好的得到了保留, 原图中羽毛上、下两部分的不均匀光照得到了很好的校正。
为了进一步验证算法对羽毛光照增强的效果, 本文选取三种典型算法与本文提出的算法做羽毛毛片光照校正的对实验。为了更加突出羽毛毛叶的特征, 在试验前先把羽毛毛叶部分分割出来[8], 然后把羽毛边缘外的背景去掉, 作为对比实验用的原图, 如图6所示。
本文另选取选择单尺度Retinex算法 (SSR) 、多尺度Retinex算法 (MSR) [9], 文献[6]的算法等作对比试验。如图7所示。
选取三组典型羽毛毛叶缺陷 (虫蛀、毛叶缺失、污渍) 的图像各50幅, 做光照校正处理, 然后进行缺陷检测, 各种情况下的正确识别率、误判率如表1、表2所示。
图7可看出, 四种算法中MSR算法对羽毛纹理的平滑程度最大。因此对于不明显的羽毛污渍缺陷MSR算法可能会由于过度平滑而检测不出, 这一点从表1中数据也得到了体现。实验结果表明采用本文改进算法对羽毛图像光照校正, 提高了毛叶缺陷检测的正确识别率, 减少了误判率。
4 结语
论文提出的基于Retinex的自适应平滑改进算法无边缘增强效应, 通过对羽毛缺陷的检测对比实验表明此算法能较好的满足羽毛图像光照校正的需要, 提高缺陷检测的识别率。
参考文献
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边缘效应 第5篇
关键词：两型农业,边缘效应,长株潭城市群
城市群边缘区是长株潭城市群加速推进的过程中逐渐形成的一个特殊区域,它是最复杂和最富有变化的地区,是城乡规划的薄弱地带,也是实现“两型农业”发展的关键点和切入点,是“两型社会”向农村延伸的过渡地带和实验地带。基于遵循自然、社会、经济规律,重视并充分发掘、增殖和创造边缘效应,促使边缘效应内部化,对于两型农业建设非常重要和迫切。国外对城乡边缘区的研究可追溯到19世纪末中欧城市形态学的研究。国外对边缘效应的研究多集中在边境效应。Weil(1996)指出,OECD国家的边缘效应的负作用是很明显的。福尔曼.戈德罗恩(1990)将边缘效应界定为:在边缘地带可能发现不同的物种组成和丰度。联合国(1999)定义为指缀块边缘部分由于受外围环境影响而表现出与缀块中心部分不同的生态学特征的现象。目前,国内学者对城市边缘区有较多的关注[1,2]。本文主要针对边缘效应在促进“两型农业”发展的作用机制,提出长株潭城市群边缘区“两型农业”建设的政策,以有利于城市群“两型农业”和“两型社会”建设,对全国城市群“两型农业”建设提供经验借鉴。
1 城市群边缘效应及其生成机制
1.1 边缘区及城市群边缘效应的内涵
边缘区就是相邻地域间具有一定空间范围且直接受到边缘效应作用的边缘过渡区。边缘区具有如下特征:(1)垂直结构的层次性和水平结构的镶嵌性。(2)动态演展性。(3)自然、社会属性的不统一性和社会属性的交叉性。(4)生态交错带污染严重和环境恶化。(5)明显的二元特征,是“承城启乡”的经济地理单元,要素流动频繁。是城郊型农业向都市型农业演变的区域,具有经济、社会、生态效益“三位一体”特征。(6)功能多样性:农副产品基地的生产功能;充当城市的藩篱和绿化隔离带的生态功能;率先获取城市先进科技信息来有效配置资源的试验功能。还有居住、服务、交通运输、仓储和旅游等功能。边缘效应是指“在两个或多个不同性质的生态系统交互作用处,由于某些生态因子(可能是物质、能量、信息、时机或地域)或系统属性的差异和协同作用而引起系统某些组分及行为的较大变化”[3]。边缘复合生态系统有着较强的边缘效应,表现为人口组成、经济结构、生态流、景观以及功能等多样性。我们突破纯生态学概念,综合经济、社会、生态效应,将城市群边缘效应界定为:城市群间的公共边缘区域,由于政治、经济、生态和社会互补性,要素的聚集和扩散或经济地域属性的非线性相互协同作用,产生超越区域组分单独功能之和的经济增殖效益和区域整合的综合效益的现象。边缘效应有正负之分,正外部性经济和协同是正边缘区效应产生、拓展的动力之一[4]。本文主要从正的边缘效应来进行阐述。
1.2 城市群边缘效应产生的内在机制
(1)城市群正边缘效应产生的内在机制。(1)负熵是产生边缘效应的基础。熵是用来反映系统中无规则运动的微观混乱程度的指标,而负熵就是度量系统有序的量。正熵、负熵具有共轭性。城市群边缘区系统中,必须尽量减少正熵,增加负熵。若负熵大于正熵,边缘区井然有序,边缘效应得以充分发挥。(2)自组织是激发城市群边缘效应的力量源泉。如果向某系统注入能量,当能量达到某一阈值时,系统便会自动调整而达到某种有序的状态或模式。其演化动力源于系统内部各个子系统之间的竞争和协同。如果各子系统协调共生即为有序。(3)耗散结构是边缘效应形成的条件。一个开放系统在到达远离平衡态的非线性区时,一旦系统的某个参量的变化达到一定阈值,通过巨涨落可能发生突变,即由原来无序的混乱状态转变到一种时空或功能有序的新状态。这种在远离平衡态的非线性区形成的新的稳定有序结构称为耗散结构。任何系统要想从无序发展为有序,或从低级有序发展为更高级有序,必须要具备四个条件:开放系统,远离热力学平衡状态,内部存在非线性相干作用和存在巨涨落。(4)协同是城市群边缘效应形成的根本。耗散结构结构是通过序参量达到一定的临界值后形成的。序参量是自组织过程中最具吸引力、凝聚力的参量,它规定了系统的发展状态,主宰着整个系统的运行[6]。
(2)负边缘效应产生的内在机制。正熵源自对系统的不利因素,例如城市群边缘区资源浪费和环境恶劣等等。如果正熵大于负熵,边缘区处于一片混乱,尚待调整和优化,边缘效应为负。不能实现自组织,也不具备耗散结构的条件,各个子系统也不能实现协同效应。空间特征和经济特征决定了城市群边缘区农业发展和建设“两型农业”存在诸多不利因素:人均自然资源匮乏;农产品生产成本、机会成本大;生态环境质量差;粗放经营,边缘区农业目前仍只是一种城郊型农业。上述种种制约因素就是正熵的来源。正熵的存在导致“两型农业”的无序,对“两型农业”发展带来了严重的负面影响和诸多障碍。
2 长株潭城市群“两型农业”建设中的边缘效应分析
2.1 生态规划的边缘效应
共生、适应和循环是城市群生态系统最重要的运行原则,其核心是境内子系统间及其与外部系统间的生态关联,以及具有的“媒介和半透膜作用”决定了它在生态系统中的重要性,蕴藏着源于相邻地域间生态关联的“边缘效应”。“两型农业”建设中,往往疏于对边缘区的维护和整治,搁置、埋没边缘效应,甚至产生边缘负效应。重视功能分区,却忽视功能单元间以边缘区为媒介的互动。结果是,农业资源被挤占和浪费,区域生态环境恶化和生态失衡。长远来看,这不符合“两型农业”发展要求。因此,发掘和创造城市群正边缘效应,抑制和削弱边缘负效应,通过规划不断提高其代谢能力,促进“两型农业”建设。
(1)促进长株潭城市群生态系统的开放性。开放性是城市生态系统的基本特点,是城市生态系统有序结构产生和维持的基础,边缘效应的释放有益于城市生态系统各层次的开放:(1)长株潭城市群生态系统内部各子系统(社会、经济、环境、人口子系统)间的开放。(2)长株潭城市群社会经济系统与自然环境系统之间的开放。(3)长株潭城市群生态系统作为一个整体向外部系统的全方位开放。生态系统的开放性启示我们“两型社会”建设必须首先经营好自然环境,获取环境的边缘效应。边缘区的融合状态为“两型社会”建设提供良好的平台。
(2)有利于发展“两型农业”形态的优化和科学布局。边缘区是一个最先感受到城市化、并不断被城市同化的敏感区域[8]。边缘区农业向多形态和多功能发展。长株潭城市群完全可以成为一个多中心、组团式的网络化城市。从总体上按照“生态优先”的建筑战略思想,建设一个既适宜创业发展又适宜生活的生态城市。初步形成了农林结合、农游结合,集精品农业、创汇农业、观光农业、绿色产业为一体的发展态势。(1)集约农业。城市强大渗透和辐射和相对高的地价,边缘区农业表现出高集约化的趋势。设施化、工厂化、基地化和市场化农业也得到发展。(2)生态农业。边缘区农业除了生产功能外,还具有为城市形成生态屏障、调节气候、涵养水源、防风固沙、美化环境等功能。以城市群格局为基础,保有绿地作为城市永久隔离地带。绿心可以利用其丰富的山林资源,成为一个生态纽带上的节点。(3)特色农业。形成围绕建成区服务的城郊型农业,大力调整和优化农业产业结构,加快发展特色农业和创利农业建设。(4)规划农业。通过规划不断减轻城市负荷和农业负荷。要适应城市中心区功能转化,重视边缘区在城市群总体布局的地位和作用,发现和立足两型农业待发展空间。
(3)促进长株潭城市群综合生态效益的实现。生态环境建设中如何规避负外部性经济,是长株潭城市群边缘区生态规划着力解决的课题。(1)发掘边缘效应的潜力以释放生态系统的潜在效益,重点是疏导作用通道。作用通道不畅,相邻地域间互动因子被隔离或屏蔽,地域间物质、能量、信息流就会被切断,潜在边缘效应因此失效。(2)创造边缘效应以激发生态系统的整合效益。相邻地域间活动的相干作用是创造边缘效应内在的本质要求。应关注相关地域间的非线性相干作用,将功能上耦合的功能单位相邻布局并产生交叉催化的整合。(3)增殖边缘效应以拓展生态系统的整合效益。按不同性质与规模,把握合理的“度”拓展边缘介入程度,开放边缘区的长度。(4))边缘效应“内部化”以促进生态系统的可持续经营。根据外部性理论,公共区域存在正边缘效应的“外溢收益”和负边缘效应的“外摊成本”。需要回收外溢收益,尽力避免外摊成本,在经济收益与社会、环境效益间建立起“内部化”的联系[7]。
2.2 资源节约和保护的边缘效应
(1)有利于长株潭城市群边缘区的资源节约。(1)土地节约。边缘区农用土地资源严重流失和人口聚集,人地矛盾。是城市扩展的前沿地,耕地总量负增长是不可避免的。两型农业的经济增长方式是集约内涵式的,追求资源的集约式利用。统筹规划管理和集约利用土地,能防止大量土地资源被严重浪费的现象和结构混乱的局面,也有利于从源头上避免和解决土地污染问题,保护生态环境,提高土地质量。理性地揭示发掘土地潜力,合理配置土地开发用途并提高开发适宜度。降低建设费用、保障建设安全。(2)水资源节约。边缘区的水污染主要分为农业自身污染生活污染和工业污染。水节约是城市群发展的客观要求,也是两型农业建设的重要体现。(3)城市群边缘区在节种、节肥、节药、节电、节柴(节煤)、节油、节粮、减人和资源综合循环利用等方面也能有所作为。
(2)有利于长株潭边缘区绿化用地的开发与实施。在城市群生态系统中,绿地系统是其中具有自净功能的重要组成部分。它在调节小气候、吸收环境中的有害物质、衰减噪声、减灾防洪、美化城市景观等方面有十分重要的作用。“绿心+绿廊+绿环”的绿地系统模式是针对长株潭城市群及其边缘区的景观状况,以其自然生态和人文生态分析为基础,结合系统工程方法,建立的一种适应长株潭城市群的绿地系统模式。目前长株潭城市群及其边缘区已经形成了一定规模的绿地系统,但是由生态环境的现实情况来看还有很多方面还不够。绿化隔离带建设、环城区域绿化带建设、沿岸的绿化体系建设,绿色共享空间建设、生态绿色长廊建设、绿色生态通道建设等工作都必须由边缘区的建设成果作基础[8]。
2.3 城乡统筹发展的边缘效应
(1)优先统筹城市群边缘区的发展更有必要性和现实可行性。(1)缩小城乡差异要求城乡一体化。城市群边缘区城市群边缘区是统筹城乡发展最适宜的地域,是实现统筹城乡发展的切入点、突破口和枢纽,起着承上启下连接城乡的作用,是城乡、工农和一二三产业的综合体和结合部,对统筹城乡发展意义重大。(2)具有实现城乡统筹发展的现实条件。工业反哺农业、城市反哺农村的发展阶段,边缘区自然应该率先得到反哺,受城市的辐射影响大,经济水平相对较高,在产业发展、基础设施建设、物质与精神生活方式上与城市接近,地域上与城市相邻。农民就业形式多样,人均收入较高。以边缘区为切入点,是实现城乡统筹协调发展的最理想、最现实的选择。城乡统筹呈现圈层式的城乡一体化特征和强的可变性,使得其自身的发展迫切需要进行统筹。(3)具有更好的示范性。作为过渡区域,既可以充分利用城市工业的优势和先进的科学技术,又可以帮助农村做大做强产业化和龙头企业,加快农业资源优势向经济优势的转化,从而为更为广泛的城乡统筹发展起到一种示范作用。
(2)要素集聚和扩散的边缘效应有利于长株潭城市群“两型农业”建设。边缘区是城市要素自内向外的扩散和乡村要素自外向内的聚集的交汇区域。边缘区的发展过程是一个城市要素扩散和乡村要素聚集的过程,其吸引凝聚城乡要素、合理选择城乡要素、稳定承接城乡要素和科学发展城乡要素的能力逐步增强。只有合理流动和有效配置城乡要素,才能真正发挥工业反哺农业,城市支持农村的作用。要素的聚集和扩散给边缘区带来了无与伦比的优势,包括:(1)市场优势。边缘区紧邻着一个稳定的大客源市场,其农业结构的形成及其调整优化可以城市市场需求为导向。(2)科技优势。边缘区接受城市科技的辐射,自然容易成为科技成果转化基地、科研试验基地和实验示范基地。边缘区两型农业的发展更易从城市获得智力、技术方面的支持。边缘区有相对良好的劳动力素质。(3)信息优势。边缘区有着较好的获取信息和发布信息的区位优势,有较好的电信通讯、报刊电视、计算机网络等基础配套条件优势。(4)资金优势。政府经济实力和较高的农民人均纯收入使得加大对农业的投入成为可能。而且,更容易让投资者了解到投资的前景,坚定投资信心,容易获得资金投入和融资渠道。(5)生态优势。边缘区是改善生态系统、提高城市环境质量的缓冲地带。绿化隔离带可为市民提供休闲娱乐、健身、旅游的场所。(6)发展基础优势。边缘区的基础条件与其它农村地区相比优势明显。农业生产的现代化水平较高,农业生产的专业化、规模化、集约化、商品化程度都相对较高,农业社会服务体系也更完善。
3 充分发挥城市群边缘效应,促进长株潭城市群“两型农业”的发展
发挥正边缘效应,抑制负边缘效应,是推进“两型农业”建设的出发点和归宿点。高开放度的边缘区是系统走向非平衡的前沿区,具有较高的序动力,非线性相互作用确定了系统演化的可能方向,利益互补、相干发展是创造边缘效应的根本途径。边缘区规划是引导“两型农业”建设从无序走向有序的捷径。经济政策和专业化、信息化等是边缘区由混沌到协同演化过程中有效发挥边缘效应的控制参量。如果要产生边缘效应,则须奠定“两型农业”系统中子系统相互间功能与活动相干协同的自组织基础。同时,要充分发挥市场机制在“两型农业”建设中的作用。
3.1 发挥生态规划边缘效应,积极推进长株潭城市群“两型农业”的发展
(1)对生态环境优化进行整体规划和保护。(1)跨区域生态环境规划。边缘区生态价值极高,成为竞相进行资源掠夺的对象。有必要从整个区域协调发展的高度,整合资源,通过各种类型边缘区的规划,合理划分区域水、土地资源的使用,确定生态环境整治工作的范围与重点,建立地区间协作及城市与环境间的联动关系,充分发挥边缘效应的作用。以具有区域性环境保护需求或环境增殖发展潜力的自然生态系统的保护和开发项目为指向,组建城市群联营的区域性旅游区、生物工业基地、生物基因库与实验区或环境保护区。(2)强化环境保护。用“绿色GDP”的核算方法代替传统的核算方法;树立资源的系统观、辩证观、价值观和法制观,实施资源节约型的城市群发展战略;建立良好生态环境,调整整个城市群内部产业和能源结构,尽力控制污染;对污染严重企业,实行“关停并转”,综合治理污染源,严格工业和生活排污标准。大力发展生态农业、清洁工业和环保产业,建立高效循环生态经济系统;引导农民合理使用化肥、农药,搞好畜禽养殖污染治理。加快建立绿地保护带,强化森林资源保护和管理,科学规划建设农田林网和推进植被恢复、风沙源治理;完善沿河生态林、自然保护区和湿地保护基础设施。重点实施湘江生态经济带建设工程[9]。
(2)建立复合生态开发带和生态隔离机制。长株潭城市群边缘区是一个区域性复合生态开发带,担负着区域性社会、经济、环境生态职能。由于多种生态职能的叠加,环境与资源互补,长株潭城市群边缘区更具地缘优势与经济活力。需要将其建设成为一个带状的集道路、防洪堤、旅游渡假区、文化教育区、高尚住宅区、高新技术工业园、现代观光农业园于一体的经济综合体。边缘区生态隔离机制建设包括:(1)控制城市用地的过度膨胀和向外扩张。改变“摊大饼”扩展模式,选择放射状扩展模式。保留绿化隔离带或生态用地,能较好地解决经济、社会、生态效益三者之间的矛盾。(2)因地制宜进行土地利用总体规划,根据生态适宜度和不同土地结构的具体要求进行科学利用。同时要细化边缘生态隔离区的规划。(3)提高土壤缓冲容量和自净能力,开展各种修复技术研究。通过增强生态系统的抗干扰和自我修复能力,扩大生态隔离区生物多样性和环境承载容量,来提高其自我调节平衡能力。(4)完善市场及政府管理。综合运用生态隔离区各经济要素及资源,并建立高效的管理体制[10]。
(3)加强土地生态环境建设。以创造良好的人居环境为中心,要把改善生态环境放到更加突出的位置,走开发建设与生态建设相协调、相统一的一体化道路。对建设规模、发展形态和开发方式进行分区控制,并提出明确的规定,依法严格禁止在基本农田保护区、自然保护区等进行不符合保护目的的开发建设活动。加强生态环境建设要走可持续发展道路,在制定建设项目时,应当重点考虑生态环境保护,优先发展无污染项目,把环境污染降到最低。要建立土地质量监测机制。
3.2 发挥资源利用边缘效应,积极推进长株潭城市群“两型农业”的发展
(1)建立相应土地法规,强化土地管理。目前城市群边缘区土地利用的法律、法规,与边缘区具有的功能很难相适应。迫切需要加强城市群边缘区土地利用的立法工作。建立健全的、多层次的、针对城市边缘区的土地利用法规体系。(1)建立完备的法律保障体系,通过立法,将土地利用规划的编制和实施落到实处,明确土地利用规划的地位,确保各级土地利用规划的编制,实施有法可依;(2)严格控制占用耕地,确保耕地总量动态平衡;(3)加强农地质量的保护,推行严格的环境管理政策和排污标准;(4)强化土地管理,提高执法水平。建立一套适合城乡结合部的土地利用分类体系,实行土地用途管制。加强执法监督,提高执法水平。(5)建立农用地估价、农用地使用权转让、农用地租赁制度;建立城市边缘区土地的复垦、整理、储备制度。(6)建立健全的土地市场。应进一步深化土地有偿制度的改革,改变土地使用的“双轨制”;完善土地价格的形成机制,建立包括基准地价、标定地价、出让地价在内的土地价格体系;建立完善的一级土地市场、二级土地市场。
(2)建立合理用水、节约用水的节水型社会体系。边缘区是污水和净水前沿,也是治理水源的关键地带。边缘区遭到污染,那么整个农村环境就会遭到破坏;整个城市的污水排放口一般集中在边缘区;发挥边缘效应,控制水环境污染,保持饮用水源的清洁,是一个重要的使命。大力推广农田节水灌溉,采用滴灌或喷灌技术。要完善城市的蓄水和排水系统,提高蓄水和排水能力和污水处理能力,提高循环用水水平,保护好湿地和生态环境。建立绿色水源保护工程,结合林业生态建设,建设好湘江流域两岸500m范围内的水源保护林。加强水资源的综合整治,防止流域梯级开发所带来的容量消减和污染加剧。
3.3 发挥统筹城乡边缘效应,积极推进长株潭城市群“两型农业”的发展
(1)实施城乡一体化战略,核心都是要实现城乡经济的协调发展和共同繁荣。统筹考虑城乡系统的物质流、能量流和信息流,引导各种流合理有序的流动。建立城乡要素顺畅流动的支撑体系,实现城乡公共服务设施的均等化。充分借鉴功能区的思想,集约利用土地和空间资源,引导城乡空间有序发展。要素协调要做到:(1)时间上有序协调。要素分步实施、渐进扩散、连续稳定的集聚与扩散。在发展顺序上有机衔接、节奏明确、步调和谐。(2)空间上有序协调。各要素在由内向外渐进推移时,根据自然条件以及资源、人才、技术、资金、市场和交通等方面的优势和特色,合理规划生产力空间布局,按流程布置区域产业链上下游关联企业的空间位置。(3)数量规模上有序协调。要素的规模适度,满足资源禀赋、基础设施、管理水平、生态平衡等环境容量的约束。各要素间比例关系合理。(4)功能上有序协调。边缘区具有健全而协调的城乡功能。
(2)大力发展城镇网络,优化空间结构来推进城镇化进程。正外部性经济是城镇产生与拓展的动力之一。(1)要积极发展卫星城镇及其他中心城镇,完善城镇网络。充分发挥不同等级的城市在区域经济和社会发展中的不同作用,实现城乡协调发展。通过人口和经济活动的空间布局和优化调整,形成生态环境良好的人居形态,全面提高城市群的整体素质。(2)促进城市化,统筹和协调区域发展。优化长株潭区域的城镇空间布局,通过向边缘区扩张吸纳来自农村地区的剩余劳动力。并利用产业集群和产业园区,避免产业和劳动力的无序发展和恶性竞争。(3)需要有区域性的战略规划来总体协调,为市场化的多元化开发提供依据和框架。有必要以法律法规的形式确定城镇化过程中的各级政府、机构、开发实体、私人等的权利和义务等。(4)建立政府为主导、市场化运作的城镇开发模式。构筑政府--市场协作型的开发模式,制定人口、产业、土地使用、资金和税收等具体政策。完善政府投入和市场参与相结合的投融资模式。建立健全信息化服务体系。加快基础设施产业化进程。
(3)实现城乡地位要平等、关系要协调、经济发展要融合、制度要统一。(1)区域政策要适度倾斜,特别是财政金融政策的倾斜,把两型农业列为重点扶助对象。政府扶持在边缘区投资的资源开发项目、农副产品加工项目、中小水电开发项目、旅游开发项目、生态绿色农业项目等,鼓励外商投资。边缘区要主动融入区域经济大循环,要把边缘区的功能定位、结构调整放到整个城市、都市圈乃至更大范围来进行。要积极参与区域分工与合作,积极发展与核心城市及其它地区的交流与合作,并注重吸纳外部生产要素。(2)产业关系的协调。政府应引导城市的资源要素向外扩散,引导农村劳动力进城务工经商,实现城乡经济互利双赢。推动教育、文化、卫生和社会保障的协调。(3)城乡经济发展要融合。应着力研究城乡双向演进的融合点,抓住融合点,实现城乡互动式发展。要在小城镇建设和县域经济发展方面下功夫。(4)城乡制度要统一。要紧紧抓住影响城乡关系的主要矛盾和冲突,在户籍制度、就业制度、社会保障制度、财税信贷制度和行政体制改革等改革上力求突破。(5)加强城乡合作。扩大城乡合作领域,提高城乡合作层次,转化城乡合作动力,使农村与主城区之间的经济联系由政府主导推动转化为受经济利益驱动。
(4)实现产业、空间、生态战略并重。应该尽快改变原来只重视经济发展战略的片面思想,综合考虑整个城乡的经济、社会和生态发展现状,针对突出的问题和系统的优势分析,制定相应的产业发展战略、空间发展战略以及生态环境保护战略等等。充分把握城乡空间的发展与演变态势,制定相关的空间拓展战略。提前做好生态环境的保护工作,为城乡经济的持续健康发展提供背景支持。注重城镇化建设与农业结构调整的互动作用。农业结构的战略性调整,既是对优质农产品需求的主动性适应,也是增加农民收入、就业的一种现实途径。因此,边缘区应实现城镇化与农业结构调整的互动发展。
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边缘效应 第6篇
国家经贸委2002年第34号公告《限期淘汰热轧硅钢片》,采用冷轧硅钢片。冷轧硅钢片一般都具有高导磁、低损耗、表面光洁度高和厚薄均匀等优点。但冷轧硅钢片对冲剪应力的敏感性和磁导性能的各向异性等,使电机冲片的导磁性能和损耗较冲剪前的冷轧硅钢片的性能偏离较大,导致电机的性能试验值与设计值偏差很大,而且电机越小越严重,铁心外径Φ130以下电机功率因数COS"的偏差达6.54~8.34%,电机效率偏差达3.03~5.59%[1],而且偏差与电压呈正相关,见表1,造成一些电机性能吃容差或不合格。以前我们用中型电机冷轧冲片的边料制造H80~H90等小电机也曾出现过效率、功率因数吃容差甚至不合格的现象。
2 冲剪边缘效应对设计电磁参数的影响
电磁负荷的选取在电机设计中是很重要的一个环节,它影响到电机的主要尺寸、电机的参数、运转的性能、使用寿命和产品成本等。冷轧硅钢片一般都具有良好的导磁性能,为充分利用这一难能可贵的优势,在电磁设计中冷轧硅钢片采用的磁密比热轧硅钢片高很多,由于冷轧硅钢片磁性能好,所以励磁电流小的多,一般是热轧硅钢片的85~90%。因此,功率因数的计算值比采用热轧硅钢片的计算值高很多,这是十分合理的,也是很必要的。
但是,硅钢片在冲剪时冲切应力使冲片局部产生塑性变形,沿分离线约0.5~1mm的边缘晶粒歪曲和晶格畸变,磁畴受到破坏等,使硅钢片导磁性能恶化,铁损增加,把这种现象称之为“冲剪边缘效应”。
冷轧硅钢片比热轧硅钢片对冲剪应力更敏感,而且冲剪处尺寸越小恶化越严重。冷轧硅钢片经冲剪后,由于上述“冲剪边缘效应”的影响,冲剪分离线边缘处磁阻增大,导磁率下降,磁通被排挤离开冲剪线边缘,齿部的磁通趋向齿中心线,导致齿中心磁密增大,槽口和气隙有效尺寸加大,励磁电流增加,功率因数下降,铁耗加大,效率下降。
由于电磁结构的影响,在H100以下的小电机中磁路尺寸偏小,冲片齿部宽度不足5mm,齿顶高度特别是槽口高只有0.4~1mm,而且受冲剪边缘效应影响后,齿部和轭部的有效导磁宽度相当于减小1~2 mm,若齿宽度为5mm,则齿部磁密增大20%以上;若轭宽为10 mm,轭部磁密则至少增加10%;槽口受冲剪效应的影响,磁阻增大,相当于有效导磁槽口加宽,等效气隙长度加大,因而激磁电流增加,导致功率因数下降。同时因各部磁密增高,使齿部等部分磁路产生不同程度的饱和,使铁耗增加,效率下降,越小的电机下降越明显。必须设法消除冲剪边缘效应对冲片导磁带来的影响,恢复冷轧硅钢片的高导磁性能。
3 降低冲剪边缘效应的影响,恢复冷轧硅钢片的高导磁性能
3.1 冲片进行退火处理
冲剪应力使硅钢片的冲剪边缘产生晶粒歪曲和晶格畸变,破坏了硅钢片的磁畴分布等使导磁性能恶化,在冷轧硅钢片中更为明显。可将冲片在800℃左右的温度下采用气体保护,通氮气或氮氢混合或采用砂封等方法退火,清除冲剪应力,使冲剪周边歪曲的晶粒、畸变的晶格、凌乱的磁畴得以复原或改善,使磁性能得到适当恢复,消除或减轻冷轧硅钢片的冲剪边缘效应。退火还可烧掉冲片的毛刺,降低铁耗,减少杂散损耗。退火也可在铁心上进行,美国GE公司的定子铁心退火温度就是在875℃温度下进行几小时的退火处理。
冷轧冲片采取高科技的退火措施可消除或削弱冲片的冲剪边缘效应,使冲片的高导磁性能得到恢复,由此新制做电机的电压电流关系试验曲线将与原冷轧硅钢片的磁化曲线相接近或吻合,这给电磁设计采用高磁密创造了可靠的保证,能充分发挥冷轧硅钢片磁性能的优势,冲片的冲剪边缘0.5~1 mm得到充分有效的利用,这0.5~1 mm对分马力电机来说不算少,不容忽视,其作用可谓举足轻重,它对节约电磁材料和缩小电机主要尺寸创造了条件。
3.2 优化槽形结构
为减轻冷轧硅钢片的冲剪边缘效应,定转子槽形(如凸形槽、平底槽、梨形槽的槽肩等)若有尖角应最大程度的采用圆角加以改善,减少尖角处产生晶粒歪曲、晶格畸变和磁畴凌乱,圆角半径不宜小于R2,小槽形也应大于R1。定转子槽口高度应尽量大于1。定转子槽形应创造条件,使齿部构成平行。
考虑冲剪边缘效应的特点和波及的范围,优化槽形结构可减轻冷轧冲片的冲剪边缘效应的影响,是电磁设计中很实用而且又简单易行的措施之一。
3.3 冷轧冲片氧化
将冲片垂直穿入水平的杠中,分层置于氧化炉内,调至520~550℃保持一定温度并通入一定压力的水蒸气,保持2h使其进行化学反应,在冲片表面和切口周边即生成一层均匀细密的灰色氧化膜,冲片氧化也可在退火后把炉温降至550℃左右或把冲片转移到氧化炉内进行,这可充分利用冲片退火的余热,节约能源。
冲片最好进行氧化处理把冲剪、去毛刺、退火破坏的硅钢片防潮膜重新建立成绝缘膜。减少铁心涡流损耗和横向电流损耗等。值得注意的是冷轧冲片若不经退火只进行氧化,500多度的氧化温度则不足以消除冲剪边缘效应和烧掉冲剪形成的毛刺,只能略微减弱冲剪边缘效应的影响,不足以改善和恢复其高导磁性能。
3.4 修正电磁设计程序[1]
考虑冷轧硅钢片受冲剪应力产生边缘效应等影响,根据试验数据及理论分析的结果对电磁计算程序进行修正,用修正后的程序进行设计计算,使计算结果和试验值基本一致。值得注意的是:该试验值和用原冷轧硅钢片的磁化曲线对应值计算的设计值并不一致。
采取修正电磁设计程序作为系列电机的设计原则,可规范设计和样机的试制,设计数据与试验数据较为接近,这也算是一种规范化的可行方案。如果不采取什么措施,消除或减少冲片受冲剪边缘效应的影响,而是允许它的存在,冲剪边缘效应的影响依旧。程序修正的核心是修正冷轧硅钢片电机的电压电流关系曲线,调整冷轧硅钢片计算工作点。修正的实质是把冷轧硅钢片的高磁感优良性能(曲线)修正为受冲剪边缘效应降低了的冲片(整机)试验性能(曲线)。因为,实际上冷轧冲片仍存在冲剪边缘效应,齿部等磁通分布不均匀、不合理,相当于有效截面缩小,导致具备高磁感优良性能的冷轧硅钢片没有得到充分利用,不利于节约材料;解决冷轧硅钢片对冲剪工艺的敏感性问题有待工艺措施的支持和重视。
3.5 加大性能参数计算控制值
在电磁设计中参照极数相同、容量相近、结构相似、槽数相近、钢片型号相同的冷轧硅钢片电机性能试验值和设计计算值的偏差(如表1中差值或经验值),加大功率因数和效率等性能的计算控制值,以保证新设计的电机性能试验值合乎标准要求。
采用加大性能参数计算的控制值来承受冲剪边缘效应对电机性能的影响,保证电机试验值合乎出厂标准,这也算是一种可行的简化生产的经验设计方法。但它默认定转子冲片受冲剪边缘效应的影响和存在,加大参数计算的控制值必然降低电磁负荷的设计值和增加硅钢片和铜线的用量。因其没消除冲剪边缘效应的影响,没恢复冷轧硅钢片的高导磁性能,这不能算是好的方法。
4 结束语。
对冲片采取退火处理是恢复冷轧硅钢片高导磁性能的高科技措施。如将冲片退火和优化槽形结构等一并综合进行,一定能收到理想的效果。它能使冲片恢复冷轧硅钢片的导磁性能,给电磁设计采用高磁密提供了可靠保证,使具有高导磁性能的冷轧硅钢片在设计中进一步得以充分利用,这更节约材料;另一方面,给高能效电机特别是分马力电机和众多冲片及铁心的生产厂,再提高性能或减少用料、提高电机品质、加大“中国制造”在国内和国际市场的竞争力提供技术支持。
摘要：冷轧硅钢片的高导磁性能受“冲剪边缘效应”的影响而恶化,为降低其影响,分析了将冲片退火、优化槽形结构等消除效应影响的方法,分析认为将冲片退火最能恢复冷轧硅钢片的高导磁性能。
关键词：冲剪边缘效应,冷轧硅钢片,导磁性能
参考文献
[1]李秀英等.Y3系列三相异步电动机设计程序的修正[J].中小型电机,2003,6.
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