边界特征（共6篇）
边界特征 篇1
0 引言
长期以来,我国对农田虫害的预测预报多沿用黑光灯诱集昆虫和人工识别计数的测报方法。该方法与测报人员的综合素质密切相关,主观因素较大,影响了测报的准确性和时效性。为此,我国对于农田虫害的自动分类识别与虫害的自动预测预报展开了一系列的研究。沈佐锐等利用图像识别技术,提取昆虫图像的周长、面积和偏心率等,然后对昆虫进行分类识别[1];邱道尹等设计了能够自行调整昆虫姿态的装置,并使用神经网络对提取的昆虫图片进行分类识别[2]。国外学者也进行了这方面的研究,Tara Weaver-Missick开发了能准确识别和自动捕捉鼻涕虫的机器人[3];Watson A T等采用灰度图像,对35种常见的鳞翅昆虫进行了识别研究[4];Gassoumi H等利用计算机视觉来实现棉花虫害的分类[5]。这些研究取得了一定的成果,但是要应用在实际生产过程中,还有许多的困难要克服。本文是在邱道尹等人研究成果的基础上,进一步对农田蛾类的边界特征进行研究,介绍了农田蛾类边界特征的获取方法,对几种常见的农田蛾类边界特征进行比较,得出边界特征可以作为农田蛾类分类识别的一个重要依据的结论。
1 图像预处理及目标分割1.1 图像获取及预处理
图像获取是整个农田蛾类分类识别的基础,图像质量的好坏影响到农田蛾类分类准确率的高低。在图像获取时,采用JVC公司生产的高清晰度昼夜型摄影机。此摄像机具有535线高清晰的水平分辨率,像素值为44万像素。在获取图像过程中,为了保证摄像机能够获取质量较好的图像,在摄像机照射区域的周围布置了4盏能够发黄色光的白炽灯,保证了光照的均匀,又不会因为光照过强而影响图像的正常获取。本文所有农田蛾类图像均于实验室中在上述环境下获取的。
从摄像机获取的蛾类图像是彩色图像,其数据量大,占用内存大,处理速度慢,没办法满足图像实时处理的要求。为了提高图像处理的速度和实用性,首先把彩色图像转化为灰度图像。实现彩色图像到灰度图像转换的计算公式为
I=0.3R+0.59G+0.11B (1)
式中 I—转换后的灰度图像的亮度值;
R,G,B—原图像的红、绿、蓝颜色分量。
原始图像由于摄像机自身噪声或光照不均匀的污染,会在灰度图像上出现噪声点或噪声块,对后阶段的处理带来不利影响。为此,采用直方图均衡来解决因光照不均而引起的噪声块的问题,采用5×5的均值滤波器来消除噪声点问题。图1是经过图像预处理后得到的灰度图像,图中的蛾类依次为豆田蛾、金龟子、地老虎和蝼蛄。
1.2 图像分割
在经过预处理后,需要对得到的灰度图像进行图像分割,得到蛾类昆虫的目标区域。目标分割的方法很多,常用的有全局阈值分割法、动态阈值分割法、区域生长和区域合并等。本文选用Otsu方法来进行目标分割。Otsu方法又称为最大类间方差方法,它通过自动寻找图像分割的门限值,使图像上灰度不同的像素之间方差达到最大值[6]。 Otsu方法不需要进行递归操作,实现速度快,算法结构简单,具体过程如下:
1)假设图像中的所有可能灰度级数为L,图像中像素总数为n,灰度级为rq的像素数目是nq,初始选定一个阈值k,C0是一组灰度级为[0,1,…,k-1]的像素,C1是一组灰度级为[k,k+1,…mL-1]的像素。Otsu方法就是选择最大化类间方差σ
σ
其中,
以上计算过程是Otsu方法自动选取阈值的过程。图2是豆田蛾、金龟子、地老虎和蝼蛄4种昆虫经过Otsu方法进行目标分割后的图像。从分割结果来看,目标区域被分割为黑色区域,背景区域被分割为白色区域。但由于光照不均和昆虫本身颜色明亮程度的不同,把一部分背景区域分割成了假目标区域,如图2(a)中的右上角和右下角的黑色区域;同时也把一部分目标区域分割成了背景区域,如图2(a)和图2(b)中目标区域内部的白色区域。这些错分结果需要进行处理后才能进行下一步工作。
2 对分割图像的处理
在得到分割后的黑白二值图像后,需要对二值图像进行进一步处理,去除假目标区域如图2(a)的右上角和右下角;填充目标区域如图2(a)和图2(b)中目标区域所包围的背景区域。首先,对目标区域进行填充,把目标区域内的背景填充为目标区域。从图2可以看出,假目标区域的面积相对较小,且假目标区域主要处于图像的边界上,其目标区边界线比较笔直,可以通过计算黑色区域的面积、长宽比和边界的弯曲度把这些假目标区域排除掉,处理的结果如图3所示。
在图3中,为了处理方便,把目标区域由图2的黑色取反变成白色,同时把背景区域取反变成黑色。对比图3和图2可以得到,目标区域已被完整填充,假目标区域也被消除。但同时也注意到,图3(d)中的蝼蛄进行目标区域的填充后,把一部分背景区域变成了目标区域,由于最后想要获取的是目标区域的边界特征,增加的这部分目标区域处于边界的内部,不会对边界特征造成影响,不用把这部分区域去除掉。
3 目标边界特征的获取
从图3可以看出,各种昆虫的边界形状各不相同,在对昆虫图像进行分类识别时,可以充分利用这一信息。但是,在获取目标边界特征时,存在以下两个困难之处:一是如何选取适合的方法来表示边界特征;二是同一种蛾类昆虫的不同图像之间,目标区域存在一定的旋转角度,在提取边界特征时,应该消除由于旋转角度的存在而对边界特征获取的影响。
3.1 边界特征的表示
为解决问题1,本文以目标区域边界点到目标区域质心点的距离作为边界特征的表示。目标区域质心点的计算公式为
图4(b)依次给出了豆田蛾、金龟子、地老虎和蝼蛄4类昆虫的质心点位置,目标区域中的蓝色点为质心点。
3.2 目标区域旋转变换
对于问题(2),同一种蛾类的每个昆虫在图像中 的目标区域旋转角度是各不相同的,必然导致同一种 蛾类的每个昆虫目标区域质心点坐标各不相同,以及同一种蛾类昆虫中每个昆虫的目标区域形成的边界特征各不相同,没办法对蛾类昆虫进行分类识别。为此,需要将各种蛾类昆虫的目标区域进行旋转变换,使同一种蛾类昆虫的目标区域朝向相同。本文采用以下方法来解决昆虫目标区域旋转的问题:
1)确定每个昆虫的目标区域外边框;
2)计算目标区域(包括边界点)所有像素点之间的距离,得到距离最远的两点A点和B点;
3)计算A与B两点之间的直线L和X轴的夹角θ;
4)以θ角为旋转角度,旋转目标区域即可。
图4显示了对4个豆田蛾昆虫目标区域的旋转变换,图4(a)为不同朝向的4个豆田蛾昆虫图像,图4(b)是旋转变换的结果。在图4(b)中,用蓝色圆标记出了旋转变换后目标区域的质心点。由此可以看出,旋转变换后豆田蛾的目标区域方向是两个相反的方向。虽然存在两个相反的方向,但从图4(c)可以看出,这两个方向上所获取的边界特征是相同的,从而不再需要进一步旋转变换为同一方向。
图4(c)是图4(b)按边界特征的获取方法或获取的边界特征数据。在图4(c)中,曲线的高度代表了边界点到质心点的距离,曲线的起始点以边界点到质心点距离最远的点为起始,然后按顺时针方向依次计算每个边界点到质心点距离,把这些边界点到质心点的距离作为曲线的高度表示。从图4(c)可知,同一种类的蛾类图像的边界特征基本上是相同的。
图5给出了不同种类不同朝向的昆虫经过旋转变换后得到的边界特征。从图5可以看出,不同种类的昆虫其边界特征数据也大不相同。这些边界特征数据可以作为后面昆虫分类识别的数据依据。
4 结束语
首先,介绍了昆虫图像预处理方法;然后,利用Otus方法来对昆虫图片进行分割,对分割后的图像再进行各种处理,消除对边界特征获取的影响因素。对处理后的分割图像按旋转规则进行旋转变换,对旋转变换后的图像按边界特征提取规则,计算其质心点和边界特征。从所得的结果来看,不同种类的蛾类昆虫的边界特征各不相同,可以把边界特征作为下一步昆虫自动分类识别的重要数据支持。
摘要：介绍了农田蛾类图像的预处理方法,然后使用Otsu方法来对农田蛾类图像进行分割。对分割得到的目标区域采取旋转变换,使同一种蛾类的目标区域具有相同方向;对旋转变换得到的蛾类图像目标区域,以目标区域的边界点到目标区域的质心点距离作为目标区域的边界特征,获取各种蛾类图像的边界特征。从所获取的边界特征可知,不同种类的蛾类图像具有各不相同的边界特征,可以把这些边界特征作为各种蛾类昆虫分类识别的数据依据。
关键词：蛾类,图像分割,边界特征获取,分类识别
参考文献
[1]邱道尹,张红涛,刘新宇,等.基于机器视觉的大田害虫检测系统[J].农业机械学报,2007,38(1):120-122.
[2]于新文,沈佐锐,高灵旺,等.昆虫图像几何形状特征的提取技术研究[J].中国农业大学学报,2003,8(3):47-50.
[3]Tara Weaver-Missick.Listening to larvae[J].AgriculturalResearch,2001,49(3):21.
[4]Watson A T,Mark A O'Neill,Kitching I J.Automated iden-tification of live moths(Macrolepidoptera)using digital auto-mated identification system(DAISY)[J].Systematics andBiodiversity,2003,1(3):287-300.
[5]Gassoumi H,Prasad N R,Ellington J J,et al.A neuro-fuzzy approach for insect classification[C]//Maui,Hawaii:World Automation Congress,Third International Symposiumon Soft Computing for Industry,2000.
[6]Otsu N.A threshold selection method from gray-level his-to-grams[J].IEEE Transactions on Systems,Man,and Cybernetics,1979,9(1):919-926.
[7]于新文,沈佐锐.昆虫数字图像的分割技术研究[J].农业工程学报,2001,17(3):137-141.
[8]邱道尹,张成花,张红涛,等.神经网络在储粮害虫识别中的应用[J].农业工程学报,2003,19(1):142-144.
边界特征 篇2
带周期边界条件的一维Dirac问题特征值的渐近估计
研究了一维Dirac方程的.周期边值问题,获得了特征值的基本性质.将特征值的存在性问题转化为一个整函数的零点问题,并用复分析的方法获得了该整函数零点的渐近性态,从而获得了特征值的渐近估计和迹公式.
作 者：李镇 石琴春 LI Zhen SHI Qin-chun 作者单位：李镇,LI Zhen(郑州大学数学系,郑州,450001)石琴春,SHI Qin-chun(中州大学信息工程学院,郑州,450052)
刊 名：郑州大学学报（理学版） ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF ZHENGZHOU UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)：2008 40(3) 分类号：O175.3 关键词：Dirac方程 周期边界条件 特征值 迹公式模块化组织中的企业边界及其特征 篇3
一、企业组织模块化引起企业边界的变化
企业边界研究一直是企业理论研究领域的重要内容。从历史发展轨迹看, 大型企业组织结构经历了从机械式组织向有机式组织的转变, 从层级制向生产网络的转变。而随着大型企业组织结构的不断嬗变, 以及企业与市场的不断融合, 企业边界随之发生变化, 其演变的趋势是从刚性到柔性, 从统一到分立, 从横向分立到纵向分立, 从简单分立到形成内部市场再到网络化, 直至形成模块化时代的无边界。
20世纪90年代以来, 大型企业的纵向非一体化和业务归核化战略的结果, 并不是简单地将其他业务、职能、组织抛向市场, 而是形成网络化的关系。如果说纵向非一体化是“分”的话, 那么网络化就是“合”。在这一分一合之间, 就形成了熊彼特式的“创造性破坏”的过程, 实现了组织“范式”由现代公司向模块生产网络的转变, 产生了模块化组织和模块化簇群。模块化以分解和整合为基础, 可以把一个复杂的系统或过程根据联系规则分解为能够独立设计的半自律性子系统, 又可以按照某种联系规则将可进行独立设计的子系统 (模块) 统一起来, 构成更加复杂的系统或过程。有人将这些组织称为“虚拟公司”、“团队结构组织”、“网络组织”或“无边界组织”, 等等。但一个不争的事实却是, 在大型企业组织形态方面, 正在向可组合的模块化生产网络转变。从某种意义上说, 模块化组织是信息技术与互联网发展的产物, 它可以使大型企业能够进行跨企业的资源整合, 以利用其他企业的技术和能力优势。这就是美国管理学家鲍德温和克拉克所说的“模块化时代”的来临。模块化组织模糊了工业时代层级制组织的边界, 以适应大规模生产向模块化生产的转变。在工业时代, 企业的边界等同于生产的边界, 而模块生产网络是把整个生产系统作为分析的基本单位。它打破了垂直一体化企业的垂直边界 (组织的层级) 、水平边界 (内部壁垒) 、外部边界 (外部壁垒) 和地理边界 (文化壁垒) , 强调组织的渗透性和灵活性。
二、模块化组织中企业边界的基本特征
1. 柔性化
在工业经济时代, 企业的主要组织形式是层级结构, 层级结构有以下主要特点:直线指挥, 分层;分工细致, 权责明确;标准统一, 关系正式。层级结构赖以生存的前提是分工、标准化和大批量生产。层级结构是典型的刚性组织。但在信息技术革命时代, 企业组织的刚性基本被打破。建立在网络基础上的模块化组织日益呈现出柔性化、虚拟化特征。
在模块化组织中, 企业可以把自己非专长的业务外包给模块供应商或通过动态联盟整合价值模块达到企业边界柔性化的目的, 这主要是签订柔性化的契约来实现, 出现了所谓的柔性契约网络。在柔性化的契约中, 条款较为灵活, 一般不采用一次性合同, 这降低了物质成本和人力资本的专用性与锁定程度, 从而降低了交易成本。企业在模块化过程中, 通过选择多样化和灵活的动态契约组合建立“柔性契约网络”, 这样, 模块化的契约组织形式可使企业随内外部环境的变化排列、组合、增加或减少相应的契约, 使企业能在全球整合资源, 以达到减少生产成本和交易费用, 赢得竞争优势的目的。
2. 动态化
企业边界的动态化, 是指构成模块组织的各模块单元在不违反“界面联系规则”的情况下, 根据具体情况, 可自由组合、多种连接, 由此产生多种多样的模块化组织结构并导致企业边界的不确定性。PineⅡ (1992) 以模块化生产为对象, 根据产品 (或服务) 的特征对模块化进行了分类, 主要包括共享构件模块化、互换构件模块化、量体裁衣式模块化、混合模块化、可组合模块化等。
Baldwin and Clark (2000) 认为, 对具有可分解的系统各部分联系规则进行创造性的分解和再整合, 可以实现复杂系统的创新。他们把这种模块联系规则的变化称为“模块化操作”, 它有以下六种形式:分离模块;用更新的模块替代旧的模块设计;去除某个模块;增加迄今为止没有的模块;从多个模块中归纳出共同的要素, 将它们组织起来;为模块创造一个“外壳”, 使之成为可以在原设计系统之外也能发挥作用的模块。显然, 不同的“模块化操作”将创造出不同的系统 (企业) , 导致企业边界的动态变化。
3. 扁平化
根据美国学者罗恩·阿尔什克纳斯的划分, 企业边界分为四种, 即垂直边界、水平边界、外部边界和地理边界。其中, 垂直边界 (不同层次人员间的界限) 和水平边界 (各个职能以及规章制度之间的边界) 实质上是企业的内部边界;外部边界与地理边界实质上就是我们一般所理解的外部边界。
首先, 模块化导致企业内部边界的模糊和渗透, 企业组织由金字塔型向扁平化转变。在知识经济时代, 企业通过计算机网络实现信息与知识的共享, 使管理幅度“无极限”扩展, 管理层次被不断压缩, 最终把集权的等级管理结构改造为系统控制的网络结构, 企业的内部边界出现模糊化和无边界化的趋势。
其次, 模块化导致企业外部边界的扁平化, 即横向一体化。以模块化为基础组成的企业间生产网络的出现, 使原来由一个企业从事生产经营的所有功能, 改为由多个模块横向协调来完成, 包揽生产经营活动全过程的垂直一体化企业的界限因此被打破, 而代之以横向一体化。横向一体化主要表现在以下方面:一是专业化的横向规模;二是多元化的横向范围;三是外部化的横向网络。
4. 无边界化
企业无边界化, 是指企业的能力边界无限, 即企业的控制幅度和影响能力趋于无限扩大。这是因为, 与企业的规模边界主要由厂房、机器设备、资金、土地等有形资源决定不同, 企业的能力边界主要由品牌、客户关系、信息、网络、业务流程等无形资源决定, 由于无形资源可以共享、且无限次重复使用, 企业必将以市场契约的形式, 在整个市场范围内动态地配置其无形资源的使用权, 从而使企业边界趋于无限。在模块化组织中, 依托于价值网络而存在的企业, 其能力边界是无限的。
在模块化组织中, 通过网络把各种支离破碎的资源整合起来最终为顾客提供一个“总体解决方案”。这里, 企业出现了两极分化:一极是节点企业, 一极是网主企业, 由此构成了一个网络———“独立联合体”。绝大部分企业从事价值网络中的节点业务, 成为节点企业;少数个别企业从事节点企业集成业务, 起着“系统集成商”的功能, 成为网主企业。这样, 企业要想成为无边界企业, 可以有两种方式:一是将自身打造成为一个能力模块, 然后融入价值网络之中, 作为节点企业成为无边界企业;另一种是对能力模块进行整合, 构建一个价值网络, 作为网主企业成为无边界企业。
三、模块化组织中企业能力边界扩展的机理分析
模块化组织中企业边界的柔性化、动态化、扁平化和无边界化, 说明无论是作为单个价值模块的企业, 还是作为价值网络的企业, 其自身能力都已越过其自身的规模 (物理) 边界, 企业能力边界大于规模边界, 无形边界大于有形边界。那么, 是什么力量导致了这种状况的出现呢?
1. 企业基因重组导致企业能力边界的扩展
约翰·奥瑞克等2003年在《企业基因重组》一书中最先提出企业基因重组的概念, 他们把企业基因 (也称能力要素) 定义为企业的基本结构元素。就像人的体态特征是由一系列复杂的人类基因组所决定的那样, 他们视企业为一个能力要素的组合, 并认为正是分布于企业中的这些能力要素决定了企业的价值。企业基因理论认为, 模块化组织是大型企业在信息技术发达、组织之间的交易成本趋于下降时, 对自身“基因”能力要素进行优化的演进结果。
2. 创造需求有利于企业能力边界的扩展
首先, 模块化的生产组织形式在创造“新组合”或需求创造方面有它特殊的优势。模块化系统内“看不见的信息”和“看得见的信息”使各子模块之间既独立又统一, 这种独特的结构大大加强了其需求创造功能。其次, 模块化产生了“替代经济”, 它使企业在推出新产品时, 速度更快, 成本更节约。替代意味着通过替代技术系统特定的模块而继续重用其他模块而取得技术上的进步。实现替代经济必须以技术系统不断进行模块升级为条件。通过设计模块升级系统, 企业减少了产品研发时间, 为消费者不断提供新的产品。对用户而言, 由于模块化供应商提供了“可升级性”的产品, 通过把产品配件分别升级而得到换代产品, 可能比购买一个全新产品要节省, 用户也可以获得“替代经济”。第三, 模块化生产技术开展大规模定制满足顾客的个性化需求。具体而言, 通过选择不同的模块化方法, 可以实现大规模定制, 满足顾客的个性化需求。
3. 网络“规则治理”有利于企业能力边界的扩展
模块化组织是一种网络组织, 一般来说, 网络组织的效率高于传统的科层组织和市场的效率。模块化组织之所以有效率与其特殊的“规则治理”机制是分不开的。
边界特征 篇4
在国家的大力支持下, 京津冀地区近年来开展了大量相关研究工作, 为区域空气污染联防联控提供了科学指导,并且在奥运会、APEC会议期间空气质量保障方面取得了许多有意义的成果, 对京津冀地区经济社会的快速发展作出了积极贡献。
1大气污染现状
近年来, 我国空气质量整体加速恶化趋势明显, 极端大气污染事件频繁发生,京津冀、珠三角、长三角等城市经济带尤为显著, 最典型且影响最大的区域为京津冀地区。 从201 3年5—1 2月环保部监测数据看, 京津冀地区各个城市月空气质量平均水平远远高于长三角、珠三角( 表1) 。
经济规模的扩大和城市化进程的加快, 使得人为大气污染物的排放量迅速增加, 包括直接排放的生物质燃烧、交通排放、工业排放、沙尘、燃煤及建筑物扬尘形成的气溶胶, 以及其他污染物通过化学转化与光化学转化形成的细粒子等二次污染物形成的二次气溶胶, 这些污染物带来最直接的后果就是能见度变低和灰霾天气的出现[2,3,4,5,6]。 在京津冀地区, 能见度的变化分为3个阶段:1 998年前, 能见度呈显著下降趋势;1 998—2006年, 能见度的年平均值在一定范围内小幅波动; 而在2006—2008年,能见度呈增加趋势。 大气能见度与霾的发生、 空气质量以及PM2.5、硫酸盐和硝酸盐浓度有密切关系。
%
京津冀大气污染的另一个显著特征就是灰霾日数的迅速增加[7,8]。 大部
分研究认为,20世纪80年代霾日数较多, 后期迅速增加;20世纪90年代达到峰值,之后处于平稳波动状态;2000年到北京奥运会前后, 霾日数持续下降,直至2005年又开始增加。 此外,京津冀地区霾污染呈现季节性变化:霾多发生在春季、秋季和冬季,夏季则相对较少发生, 即当年9月至次年5月为灰霾多发月份[9,10]。 灰霾等低能见度的情况多见于70%≤RH<90%的中高相对湿度范围,且早晚较多发生。
2气溶胶污染特征
近年来, 京津冀地区的气溶胶污染日趋严重, 灰霾天气甚至一年四季都可能出现。 霾污染的形成与大气细颗粒物浓度升高密切相关。 不同性质的排放源排放出的污染物的理化性质截然不同, 其气溶胶成分也处于不断变化中, 并且造成的危害也存在明显的差异。
大量研究表明, 目前京津冀地区的气溶胶污染主要是细粒子污染,根据201 3年全国重点城市空气质量报告显示,201 3年上半年京津冀地区,重度污染以上天数明显高于全国主要城市平均值, 其主要污染物均为PM2.5, 且区域内所有城市均超PM2.5年均值二级标准。
京津冀地区近地面的PM2.5质量浓度还存在一些季节变化特征和短期的时间变化特征,冬季的浓度较高,秋季次之,夏季和春季则相对较低,这些特征与季节性的污染排放和气象因素有关[11]。
3大气边界层高度特征
大气边界层是直接受地表影响最强烈的低层大气, 其厚度决定了污染物扩散的有效空气体积, 较低的边界层高度和其顶部盘踞的强逆温层阻断上下层流动的关联, 有利于近地面大气维持静稳状态和霾天气的出现。
通过对京津冀201 1 —201 3年的探空资料和地面资料的分析发现,京津冀地区的大气边界层有明显的日变化,夜间边界层高度较低;日出后,太阳辐射增强加热地面, 使边界层得到发展,边界层高度迅速增大,白天对流边界层逐渐形成,中午达到峰值,随着太阳辐射的减弱, 边界层内湍流强度也逐渐衰减,边界层高度随之降低。 同时, 京津冀地区夏季的能见度和空气质量要明显好于其他季节, 主要原因是夏季是雨季( 6—8月份) ,降水会对空气有净化作用。 排除降水天气,大气边界层高度和能见度呈现同位向的变化关系。 再将灰霾天气和清洁天气对比发现, 清洁天气出现最大概率的大气边界层高度值为2.5 km, 而灰霾天气则为0.5 km, 所以清洁天气的大气边界层高度要明显高于灰霾天气。 杨静等分析乌鲁木齐混合层高度与空气污染发现, 大气混合层高度是影响空气质量的重要因素[12]。
霾与大气边界层高度间的反馈作用如图1所示[11],由于霾的作用,达到地面的太阳辐射减弱, 造成地表白天的温度降低; 这种反馈机制将会降低白天大气边界层的高度, 不利于污染物的垂直扩散, 为霾污染的持续发展提供有利条件。 另外,在重污染期间, 气溶胶的吸湿增长过程及其表面的异相化学反应过程对污染的加剧和维持也有很大贡献。
4结语
边界特征 篇5
关键词：资本市场边界效应,时空演变,空间关联性
大量研究结果表明, 由于行政区经济在我国普遍存在, 边界效应严重影响国内市场一体化的发展。上世纪90年代以来, 国内产品市场一体化水平明显提高, 但要素市场仍然存在明显的地区分割现象, 产品市场与要素市场的不协调发展, 严重制约着我国经济的健康发展。
国内外研究现状
1. 国外学者的研究
Mc Callum (1995) 首先构造了贸易引力模型, 并采用双边贸易流量数据, 对加拿大各省和美国各州之间的边界效应进行了研究。发现美国国内贸易流量比美国与加拿大各省之间贸易流量高出20倍左右, 说明跨国边界效应明显高于国内边界效应。此后一些学者根据McCallum的研究思路对边界效应进行了进一步的研究。
Wolf (2000) 采用1993年美国各州之间商品流动调查数据, 对美国的州际边界效应进行了测算, 发现美国各州间的边界效应为4.39。而Millimet和Osang (2006) 研究发现, 1993年、1997年美国各州之间的边界效应分别为7.17、8.41。Verdier和Helliwell (2001) 在考虑人口规模和分布的基础上, 测算出加拿大各省间边界效应值高达10-15。Schembri和Helliwell (2005) 采用1996年加拿大和美国的贸易流量数据, 运用贸易引力模型, 对加拿大与美国之间的边界效应进行了研究, 结果发现两国之间存在明显的边界效应, 并且呈现出明显的下降趋势。但采用贸易流量法对边界效应进行研究有一个明显的缺陷, 就是有些国家或地区间的贸易流量数据很难获得。
为了运用Mc Callum (1995) 的研究思路 (或方法) , 对这些贸易数据流量不完整国家的边界效应进行研究, Parsley和Wei (2001) 利用生产函数法, 对地区间边界效应的度量进行了改进, 将边界效应看成贸易壁垒的综合指数, 其中包括关税壁垒和非关税壁垒的影响, 还包括所有导致国际贸易与国内贸易 (假定为自由) 之间差异的因素, 以及在回归中无法控制的因素, 用一个国家的总产量减去其总出口量, 计算本国与各国间的贸易量。在控制了地理位置、地理距离和国家规模等因素后, 发现经济合作组织 (OECD) 国家消费的本地产品, 是从其他OECD国家进口产品的2.5倍。由于该方法无需利用地区贸易流量数据便可估计地区间的边界效应, 因而得到了广泛应用。
Rogers和Engel (1996) 采用加拿大和美国城市的14种消费品价格数据, 测算了两国之间的边界效应, 发现即便在控制了距离因素情况下, 加拿大和美国的消费品价格仍然存在巨大差异, 其边界效应相当于12万公里。Tesar和Gorodnichenko (2009) 引入异质效应后, 对国际价格差异的波动性进行了修正, 运用Rogers和Engel (1996) 、Wei和Parsley (2001) 的加总价格指数数据, 重新测算了加拿大和美国之间的边界效应, 发现其值从71438公里下降为47公里。
2.国内学者的研究
王振波、朱传耿、徐建刚 (2008) 运用Barro回归方程结合引力模型, 对淮海经济区的边界效应进行了定量测量, 发现淮海经济区除了苏鲁边界外, 其余边界均存在或者曾经存在显著的边界效应。
行伟波、李善同 (2009) 利用我国省际产品贸易和增值税数据, 基于边界效应模型, 对省际产品贸易的本地偏好程度和边界效应进行了实证检验。结果发现, 省际产品贸易存在明显的本地偏好, 在控制了对外贸易、经济规模、临近效应、行政区划、双边及多边贸易壁垒等因素之后, 2003—2005年省际产品贸易的边界效应约在4—6之间, 省际边界效应并未出现一致的变化趋势, 我国产品市场已具备了较高的一体化水平。行伟波、李善同 (2010) 利用1995—2005年我国城市间33类生产资料价格数据, 基于一价法则的基本思想, 运用Levin_Lin_Chu面板单位根方法, 分析了我国产品市场一体化, 发现大多数生产资料在不同地区之间的价格差异越来越小, 城市间各类商品的相对价格波动, 随着时间变化呈现明显的下降趋势。大多数产品的价格差异都是收敛的, 且速度非常快, 这表明我国产品市场一体化水平较高并且发展速度较快。
范剑勇、林云 (2011) 基于引力模型, 采用我国区域间投入产出表的制造业贸易数据, 对区域间贸易的边界效应进行研究, 并估计了投资的地方保护与产品同质性对边界效应的贡献, 发现区域间贸易的边界效应仅为7.31—7.61倍, 产品同质性对边界效应的贡献仅为12%—14%, 而投资的地方保护成为边界效应的主要贡献者。
黄新飞、舒元、郑华懋 (2013) 认为, 区域间边界效应会受到不同区域内部价格分布差异的干扰, 即存在异质效应。研究结果发现, 在考虑了异质效应的前提下, “长三角”和“珠三角”地区的平均边界效应为6.6万公里, 相比之前的45.9万公里有明显下降, 并且仍以每年0.2%的速度下降。黄新飞、陈姗姗、李腾 (2014) 基于一价定律, 利用断点回归方法, 对“长三角”地区省际边界和价格差异的关系进行实证研究, 结果发现“长三角”地区省际边界效应显著存在。
曾冰 (2015) 基于新经济地理学的视角, 利用冰川成本模型, 测算了边界阻抗系数, 最终得出的结论是:阻抗系数的大小, 反映了边界的作用。当阻抗系数较小时, 边界效应表现为中介效应, 地区间生产要素能够充分流动并且能实现较好地分工协作。此时, 边界效应能有效推动省际边界地区经济发展。而当阻抗系数较大时, 边界效应表现为屏蔽效应, 地区间生产要素不能充分流动, 经济往来较少。此时, 边界效应阻碍省际边界地区的经济发展。
指数构造
假定有i, j两个地区, p (i, k, t) 表示i地区k商品在t时期的价格, p (j, k, t) 表示j地区k商品在t时期的价格, C表示两地商品套利成本。依据“冰川成本”模型, 则为:
在 (1) 、 (2) 式成立的情况下, 套利行为才是可行的。此时, 两地间价格波动范围是:
令Q (i, j, k, t) =lnp (i, k, t) -ln P (j, k, t) , 可得到交易成本范围:
同理, 可令Q (i, j, k, t-1) =lnp (i, k, t-1) -lnP (j, k, t-1) , 则有:
在影响两地之间商品价格波动的诸多因素中, 根据“冰川成本”模型, 在控制信息成本、交通成本的影响后, 还要考虑商品异质性对价格的影响, 即|ΔQ (i, j, k, t) |可分解为两个部分:第一部分是商品价格变动仅与自身的某些特性有关, 如自然条件会影响粮食的供给, 因而造成价格波动较大;第二部分变动与商品本身无关, 而是与i, j两地特殊的市场环境或其他随机因素有关, 如贸易壁垒加强, 或是自然灾害导致粮价大幅上涨。第一类因素的存在, 可能引起|ΔQ (i, j, k, t) |的值偏大, 而高估边界效应的影响, 通常采用去均值 (De-Mean) 的方法消去第一类因素的影响, 以消除与这种特定商品种类相关的固定效应所带来的系统偏差。
最终用于计算价格变动方差的数据, 记为q (i, j, k, t) , 记为varq (i, j, k, t) 。
数据处理
1. 数据来源
本研究原始数据, 均来自历年《中国统计年鉴》中分省固定资产投资价格指数, 涵盖了1995—2014年30个省市自治区 (由于西藏自治区历年都没有固定资产投资价格指数统计, 所以剔除) 三大类固定资产, 具备地区、时间和固定资产投资种类3个维度 (30×20×3) 。
2.数据处理
为了利用两地区之间的价格方差指数进一步计算出每一省份的边界效应值, 借鉴万伦来、杨燕红、王立平 (2009) 的处理方法, 把每个相邻省份设置成一对贸易组合, 计算所得边界效应值, 如下表所示。
(注:M9602、M0308、M0914、M9614分别表示1996—2002年、2003—2008年、2009—2014年、1996—2014年的平均值)
我国资本市场边界效应时空演变分析
1.我国资本市场边界效应时间演变分析
我国资本市场各省市边界效应值随时间的差异变动态势, 如图1所示。
从图1中可发现, 代表1996—2002年的蓝色折线图波动幅度较剧烈, 而代表2003—2008年、2009—2014年的两条折线图相对较平坦, 且其位置整体上明显低于1996—2002年的折线。这说明1996—2002年我国各省市间的边界效应差异明显, 且其整体水平都较高, 2003—2014年各省市整体的边界效应都显著下降, 且各省市之间的差异也明显缩小。
2. 我国资本市场边界效应空间演变分析
为了更加清晰地认识我国资本市场各省市边界效应的差异及空间格局, 依次选取1996—2002年、2003—2008年、2009—2014年这3个时间段的数据, 运用Geoda采取自然断裂法, 对我国资本市场各省市的边界效应进行等级划分, 如图2所示。
从图2中可发现, 我国资本市场边界效应的特征:一是全国资本市场大多数省份的边界效应处于相对较低的水平类别。二是3个时期整个资本市场空间格局发生了较大变化。
1996—2002年, 边界效应较高的省市主要集中在东南沿海和东北地区;2003—2008年边界效应较高的省市主要集中在沿海地区和中西部地区;2009—2014年边界效应较高的地区主要集中在沿海、东北和中西部地区。虽然2003—2014年处于一、二级水平的省市数量明显多于1996—2002年, 但这并不能说明我国资本市场的边界效应提高了。相反, 2003—2014年资本市场整体的边界效应下降。之所以出现这种情况, 是因为2003—2014年这段时期内, 在整个资本市场边界效应普遍下降的情况下, 沿海地区和东北地区的下降幅度远远超过了中西部地区, 导致了中西部地区的边界效应值较高。例如, 1996—2002年, 边界效应值最低的地区为海南省 (0.00010761) , 最高的地区为福建省 (0.003303234) 。而到2003—2014年, 边界效应值最低的地区为上海 (0.00004) , 最高的地区为海南省, 其仅为0.000723505。
我国资本市场边界效应的空间关联性分析
1.全局空间关联性分析
通过Geoda软件, 对1996—2014年各省固定资产投资价格指数方差的均值进行全局空间自相关分析, 结果如图3所示。
在图3中, 大部分数据点都分布在第一象限和第三象限, Moran’s I=0.0759397。说明这些数据点所代表的区域, 在空间上具有较大的正相关性, 即全国各省市边界效应的空间分布并不是完全随机性的, 而是表现出空间聚集效应。在Geoda中运用蒙特卡罗模拟, 来检验Moran’s I是否显著, 结果如图4所示。
图4中, P值等于0.085, 表明在91.5%置信度下的空间自相关是显著的。
2. 局部空间关联性分析
全局空间自相关分析侧重于研究区域空间对象某一属性取值的空间分布状态, 而格数据分析的另一个重点, 在于分析空间对象属性取值在某些局部位置的空间相关性, 即局部空间对象的属性取值对全部分析对象的影响。
为了更直观地观察全国资本市场边界效应的空间分布状况, 利用Geoda生成LISA聚集图, 用不同颜色渲染不同的空间自相关类型, 如图5所示。
从图5中可看出, 全国资本市场主要表现出高—高、低—低两种集聚类型。红色代表高—高聚集, 表明浙江省、江西省与其周边省市的边界效应值均较高。蓝色代表低—低集聚, 表明云南省与其周边省市的边界效应值均较低, 其余省市未表现出明显的集聚关系。
结论
通过测算全国资本市场各省市的边界效应值, 从时间和空间两个角度, 分析了其特征变化。分析结果表明, 从时间上看, 自2000年以来, 全国资本市场的边界效应普遍降低;从空间上看, 全国资本市场的边界效应空间分布呈现明显的正相关性, 并出现了高—高、低—低两类集聚现象。其中, 浙江、江西与其周边省市的边界效应值均较高, 云南与其周边省市的边界效应值均较低。
参考文献
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边界特征 篇6
柴油机具有动力性强和热效率高等特点受到重视,其在车用发动机市场的份额越来越大。然而,车用柴油机大部分时间都处于瞬态工况,特别体现在城市道路时发动机的负载和转速变化频繁。随着车用柴油机排放法规对瞬态排放限值的日益严苛及消费者对燃油经济性的需求,有效降低柴油机瞬态工况下的排放和油耗成为柴油机研究开发的当务之急[1,2,3,4,5]。
在瞬变工况下,由于增压柴油机供气相对于供油速率存在明显的延后,导致发动机性能明显劣变,包括燃烧相位延后、油耗和烟度急剧升高[6,7,8,9]。为了优化瞬态燃烧过程,研究利用增压器辅助能量供给系统[10]、两级增压系统[11]及高压射流辅助能量供给系统(HPAS)[12],力求改善瞬态工况下供气延迟的问题。然而,由于气体控制难度大、改造成本高及控制技术不成熟等因素,限制了以上技术对发动机瞬变性能的优化效果。为此,科研人员利用电控高压共轨燃油喷射系统响应速度快、灵敏度高且操作方便等特点,调节瞬态工况中发动机的喷油参数,通过修正喷射参数来改善其燃烧劣变过程,取得了较好的效果[13,14]。
本文中通过对柴油机瞬态燃烧过程的研究,探索以喷射正时、喷油压力作为单一燃烧边界条件与瞬态工况下燃烧特征参数的基本规律,同时建立瞬态工况下燃烧特征参数与发动机性能及排放的映射关系,为瞬态工况缸内燃烧反馈技术提供前期的理论基础,以达到抑制瞬变燃烧劣化的目的。
1 测控系统及试验方案
试验用发动机是 一台高压 共轨增压 中冷柴油机,其主要技术参数见表1。典型的瞬态工况测试平台的示意图如图1所示。试验平台采用瞬态油门电压控制器精确调节油门电压信号,同时配合具有恒转速和恒扭矩控制的电涡流测功机实现欧洲瞬态循环(European transient cycle,ETC)中典型且权重较大的恒转速变扭矩的瞬态工况。测量系统采用具有高响应速率传感器及高速A/D采集卡(毫秒级精度),以实现对发动机转速、扭矩、燃油量、缸内燃烧参数、进气流量、消光式烟度、进排气压力及温度和尾气排放等参数的实时测量和采集。此外,利用电子控制单元 (electronic control unit,ECU)采集喷油量,同时与油耗仪测量值相互校正,可以大幅度提高油量的测试精度和响应速度。试验用主要测试设备见表2。
试验中恒转速增 转矩的瞬 变过程保 持转速为1650r/min不变。 瞬态工况 开始时,首先在1650r/min、10%负荷工况点稳定运行5s,之后油门电压在5s加载时间内匀速增加,使发动机的负荷从10%增至90%负荷并保持稳定。在瞬变开始之前预先调整好喷油参数,对于喷油正时的调节,在原机喷油正时MAP的基础上整体提前或者延后,最高提前8°CA,最高延后4°CA,步长为2°CA,具体试验工况如图2(a)所示。其中,“正时-”表示相对原机正时提前;“正时+”表示相对原机正时延后,且定义压缩上止点前为负,之后为正。对于喷油压力的调节,是在原机的喷油压力MAP的基础上整体增大或者减小,最高提高25MPa,最高减小20MPa,步长为10MPa。由于受最大轨压的限制(160MPa),因此轨压最大只增加了25MPa且此时步长为5MPa,具体试验工况如图2(b)所示。其中,“轨压-”表示相对原机的轨压降 低;“轨压 +”表示相对 原机的轨 压增加。
2 试验结果及分析
2.1 喷油正时与燃烧特征参数的关系
喷油正时对燃烧过程有重要影响,喷油正时提前导致整个燃烧过程前移,滞燃期增长,压力升高率增大;喷油正时延后会造成燃烧重心后移;喷油正时对发动机的效率和排放都至关重要。而喷油正时对瞬态工况燃烧特征参数的影响规律有待进一步揭示[15,16]。
为了描述问题的方便,本文中定义 ΔCA50这一概念,表示在某相同转速和喷油量工况下,瞬态工况的燃烧重心(CA50)与稳态工况值之差。ΔCA50为正,表示瞬态工况相对稳态工况延后,反之为相对于稳态工况提前。本文中以瞬态过程的50% 和90%负荷两种工况为例进行对比分析研究。
图3为瞬变过程中50%和90%负荷时,燃烧特征参数及主要性能参数与喷油正时的关系。其中,50%瞬态表示瞬态过程中50%负荷时发动机性能参数随着边界条件的变化;50%稳态表示原机的50%负荷下的值,其余标识的意义类似。
由图3(a)可见,50%和90%负荷下各参数随着喷油正时调整的变化趋势类似,随着喷油正时的提前最大缸内压力(pmax)近乎成线性增大,90%负荷的pmax大于50%负荷的值,其中最大的pmax为13 350kPa(90%负荷、-14°CA ATDC);而缸内最大压力对应的曲轴转角(CApmax)、CA50和 ΔCA50值接近线性减小,50% 和90%负荷的ΔCA50值几乎重合,说明加载过程中喷油正时与CA50的关系受负荷差异的影响较小。此外,在相同喷油正 时,瞬态工况 下pmax低于稳态 工况值,CApmax和CA50存在不同程度的延后,这是由于涡轮滞后导致进气不足而引起的燃烧劣化造成的。
瞬态工况下,喷油正时与发动机主要性能参数的关系如图3(b)所示。随着喷油正时的提前,压力升高率峰值(dpmax)和氮氧化物(NOx)排放成线性增加,而发动机的热效率先增加后降低。这是因为喷油正时提前,燃油较早地喷入热力状态及工质密度较低的缸内,延长了滞燃期,预混燃烧量增加,同时预混燃烧甚至开始于上止点前,从而造成dpmax增加。而过早的喷油正时会造成过大的dpmax,其中50%负荷下最大的dpmax达到了1073kPa/°CA,远大于发 动机可靠 性限值 (600kPa/°CA)。此外,50%负荷下的dpmax大于90%负荷时的值,这是由于低负荷时滞燃期更长所致。
喷油正时适当提前还会使燃烧重心前移,燃烧温度和等容度升高,膨胀功增加,因此发动机的热效率和NOx排放增大。然而,过早的喷射正时会使压缩负功增加甚至造成湿壁,热效率反而降低。瞬态工况下,喷油正时对烟度排放影响的趋势较为复杂,50%负荷时随喷油定时的提前烟度略有降低,90%负荷时随着喷油定时的提前烟度排放增加。这是因为中等负荷时空燃比较大,且正时提前有利于提高预混质量,因此烟度排放略有降低;90%负荷时喷油量增大,供气延迟更加严重,空燃比和氧分压降低,较早的喷射正时及较大的喷油量可能会使较多的燃油被喷射到燃烧室余隙中,不利于油气的混合和碳烟的后期氧化,因此烟度值随着喷油正时的提前而增大。
图4为喷油正时引起的 ΔCA50变化与50%和90%负荷下发动机主要性能参数的关系。随着 ΔCA50减少,发动机的dpmax和NOx排放线性增加,热效率先增加后降低,而烟度排放先增加后保存不变。90%负荷下的烟度排放对 ΔCA50更加敏感,随着 ΔCA50的增大,烟度明显降低,而在50%负荷时变化较小。NOx排放与ΔCA50的相关性较强(几乎成线性变化)。此外,当通过调节喷油正时使瞬态工况的CA50恢复到稳态值时(ΔCA50=0),可以得到较优的热效率。
综合考虑发动机机械负荷和烟度排放的限值及热效率,其中dpmax限值取600kPa/°CA,烟度控制限值取10%,热效率择优选取。加载过程中,当以喷油正时作为主要燃烧控制条件时,在50%和90%负荷下应控制 ΔCA50在0~5°CA的区间内,以保证发动机的可靠性和烟度排放不超过限值,且热效率和NOx排放性能较好。由于瞬态工况下NOx排放低于稳态值,本文中不将该参数作为主要的限制条件,但进行择优选取。
2.2 喷油压力与燃烧特征参数的关系
喷油压力作为喷射系统的另一核心调控参数,在控制燃烧过程中同样起到了不可替代的作用。增高喷油压力能够提高 燃油的喷 射速度和 湍动能强度,从而提高燃油的破碎、雾化、蒸发及混合的速度和效果,缩短滞燃期,加快燃烧速度,以提高燃烧质量和降低烟度排放[15,16]。
瞬变过程中50%和90%负荷时燃烧特征参数及排放与喷油压 力的映射 关系如图5所示。由图5(a)可见,随着喷油压力的增加,pmax和CApmax略有增加,CA50和 ΔCA50降低,都减小了近4°CA,说明随着喷油压力的增加,油气混合和燃烧速率加快,使整个燃烧过程前移。由图5(b)可见,随着喷油压力的增大,dpmax和NOx排放近乎成线性增加,热效率和烟度排放 降低。这是因为 随着喷油 压力的增加,增强了缸内油气碰撞和湍流强度提高了燃油的破碎、雾化、蒸发及混合的速度和质量,滞燃期缩短,燃烧速度加快,从而使dpmax增加,CA50提前[15]。
瞬态过程中,喷射压力增加引起的烟度降低和NOx排放增加是因为随着喷射压力的提高,增强了喷雾对空气的卷吸作用,降低了由于进气充量减少而带来氧分压降低的消极作用,加速了油-气混合气的形成及燃烧速度,缸内的压力和温度升高,因此有利于碳烟的后期氧化,但造成NOx排放增加。此外,瞬态工况下热效率随着轨压的增加而降低,原因是由于在瞬态过程中进气充量下降,导致喷油时刻缸内充量密度较低,过高的喷油压力造成严重的“湿壁”[16]。
图6为喷油压力引起的 ΔCA50变化与50%和90%负荷下发 动机主要 性能参数 的关系。 随着ΔCA50减少,dpmax和NOx排放增加,热效率和烟度降低。当通过增大喷油压力使瞬态工况的CA50恢复到稳态值时(ΔCA50=0),热效率反而严重恶化。综合考虑dpmax和烟度限值及热效率和NOx排放与ΔCA50的关系,当以喷油压力为燃烧控制 条件时,应尽量控制 ΔCA50在2~4°CA的区间内,以保证发动机烟度排放和dpmax不超限,同时热效率不会严重恶化且NOx排放相对较低。
2.3 燃烧特征参数与热效率及排放的关系
图7为50%和90%负荷下,不同的燃烧控制边界(喷油正时和轨压)引起的 ΔCA50变化与发动机热效率和排放之间的关系。其中,50%-瞬态(正时)表示50%负荷下调节喷油正时引起的 ΔCA50与某性能参数的关系,其余图标的含义类似。相对于喷油压力,ΔCA50对喷油正时的敏感性更强;dpmax和NOx排放随着 ΔCA50的增大而单调降低,但烟度和热效率随着 ΔCA50的变化趋势会因燃烧边界条件的不同出现不同的变化趋势。
瞬变过程中,若以喷油正时作为主要的燃烧控制条件,则通过调节正时使瞬态 工况延后 的CA50恢复到稳态值(或接近于稳态值),从而得到较大的热效率,但必须综合考虑发动机的机械负荷强度;通过调节喷油压力使瞬态工况延后的CA50恢复到稳态值时,烟度排放可以达到很大的改善,但热效率反而降低,原因是过高的喷射压力造成严重的“湿壁”问题。其中,50%负荷下发动机性瞬态能优化的限制因素主要是dpmax和热效率;而90%负荷时主要限制因素是烟度排放和热效率。
3 结论
(1)瞬态过程中,当以喷油正时与喷油压力为燃烧控制条件时,50%和90%负荷下 ΔCA50应分别控制在0~5°CA和2~4°CA的区间内,可以得到较好的可靠性、热效率、烟度及NOx排放的平衡。
(2)dpmax和NOx排放与 ΔCA50成近似线性的关系,而烟度和热效率与 ΔCA50的关系会因燃烧边界条件的不同而不同。
(3)在50%负荷下发动机瞬态性能优化的限制因素主要是dpmax和热效率,而90%负荷时主要限制因素则是烟度和热效率。