扫描线法

2024-10-06

扫描线法(共8篇)

扫描线法 篇1

0 引言

轮廓提取是一种十分重要的图像分割方法,同时也是图像分割领域的研究热点和难点。轮廓提取的方法有很多:边缘检测的方法[1]利用了不同区域之间像素灰度值剧烈变化的形式,通过各种边缘检测算子,如:Roberts算子[2](精度高、对噪声敏感)、Sobel算子[3](对噪声具有一定平滑,但精度低)、LOG算子[4,5](算法简单,速度快,但对噪声敏感),检测图像边缘。水平集的方法[6]通过水平集函数的演化来隐含的求解曲线的演化,该方法对初始轮廓的位置敏感,难以分割模糊边界。活动轮廓模型[7],通过灵活的选择初始轮廓、约束力和作用域,得到最佳的分割效果,但是其抗噪性能较差,对于弱边缘的分割效果较差。

本文针对传统方法存在的缺陷和不足,以髋关节轮廓提取为应用背景,提出了基于行扫描的轮廓提取方法。依次对图像各行像素进行扫描,搜索像素信息发生突变的点,得到目标区域的轮廓。髋关节CT图像中各种组织(骨头、骨髓质、肌肉、脂肪)相互交错、连接紧密。此外,由于拍摄环境、反光率等客观因素的影响,导致相邻组织之间的边界比较模糊,骨组织中存在孔洞。因此,在行扫描之前,必须对目标区域的孔洞进行填充。首先,用Graham算法计算目标区域的凸包。然后,在凸包内自动搜索满足条件的种子点进行区域增长,如果区域增长到的像素点都在凸包内,那么增长区域就是目标组织的孔洞,将这些像素划入目标组织。孔洞填充之后,使用行扫描法能够准确得到目标组织的轮廓线。通过多组髋关节CT切片的轮廓提取实验验证,本文的方法运行速度快,能适应各种不同的形状拓扑结构,并且无论目标形状多么复杂,是否存在弱边缘都能够准确的提取出轮廓线。

1 目标区域的孔洞填充

首先对原始图像进行阈值分割,将骨组织从图像中分离出来(如图1(b)所示),然后人工选取种子点,使用区域增长的方法将髋骨从图像中分离出来(如图1(c)所示)。

如图1所示,区域增长之后,髋骨和股骨都存在孔洞。孔洞的边界轮廓也是像素突变的点,因此必须先对目标区域的孔洞进行填充,才能使用行扫描法提取髋关节轮廓线。孔洞填充的方法:首先计算目标区域(洋红色区域。注:因黑白印刷,无法表示颜色,需者请与作者联系。)的凸包,然后在凸包内寻找非洋红色点,以这个点为种子点,进行非洋红色区域增长,如果区域增长的所有像素点都在凸包内,那么这一区域就是目标区域孔洞,将它们划入目标区域。如果区域增长有像素点在凸包外部,那么这一区域不是孔洞,并且这一区域的所有像素点都不能再作为种子点。重复上面的操作,直到凸包内搜寻不到任何非洋红色种子点为止。这样便完成了目标区域的孔洞填充。

1.1 凸包的计算

凸包是计算几何中的概念,用通俗的话来描述就是能够将二维平面的点集包围起来的最小凸多边形。求凸包最常用的方法由Graham算法。

其计算过程如下:1) 首先找到起始点H,即点集中y坐标最小的点中x坐标最小的点,然后将其他点P按向量与x轴的夹角从小到大进行排序。2) 起始点H和第二个点一定是凸包上的点,假设当前待计算的点是pn,在它之前加入凸包的两个点是pn-1,pn-2,在它之后的点为pn+1,如果pn-2,pn+1形成的线段和pn,pn-1形成的直线相交,那么pn就不是凸包上的点,将它舍弃,如果不相交则pn是凸包上的点。如图2(a)所示:H点是起始点,H点和K点是凸包上的点,下一个点是C点,线段DH和直线CK相交(端点D,H在直线异侧),所以C点不是凸包上的点,将它舍弃。下一个点D点,线段LH与直线DK不相交(端点L,H在直线同侧),那么D点是凸包上的点。下一个点L点,线段FK与直线DL相交,所以L点不是凸包上的点,将它舍弃,依次类推直到计算到最后一个点,就可以将凸包计算出来。

根据上面的算法,加以编程实现,并通过对多例髋关节CT切片进行试验,能够得到任何复杂形状的凸包,如图3、图4。

1.2 孔洞填充

得到目标区域的凸包之后,接着对孔洞进行填充。首先在凸包内搜索一个非洋红色点,以这个非洋红色点为种子点,使用区域增长法对非洋红色点进行区域增长,如果增长完成后,所有的像素点都在凸包内,那么将这些像素全部标记为洋红色,如果出现至少一个像素点在凸包外,那么这些像素点都不能划入洋红色区域,并且将它们从非洋红色点中删除。

判断一个点P是否在凸多边形Q内,可用如下的方法:过点p作水平射线l,如果l与Q的边界不相交,则点p在Q的外部,如果l与Q有一个交点,那么点点p在Q的内部,如果l与Q的有两个交点,则点p在Q的外部。如图5所示。

对图3中的例子进行孔洞填充,其效果见图6、图7。

2 行扫描法提取轮廓线

经过区域增长并对目标区域孔洞进行填充之后,目标区域的像素信息同图像其他区域像素存在很大的差别,图像的像素信息在目标区域边界点发生突变。根据这一原理,使用逐行扫描的方法找到每一行发生像素信息突变的点,就能得到目标区域完整轮廓。无论目标区域的形状多么复杂,行扫描法都能够准确的识别到轮廓。例如图8所示的图像,使用传统的轮廓提取方法很难准确的提取轮廓线,而使用行扫描法可以准确的提取出目标轮廓。

判断一个点是否是像素信息发生突变的点需满足以下两个条件:1) 这个点属于目标区域(像素信息为某一固定值);2) 这个点的四邻域中至少存在一个不属于目标区域的像素点(像素信息不同于该点)。那么这个像素点就是目标区域的边界点,如图9所示,洋红色点就是灰色区域的轮廓点。

使用行扫描法提取轮廓线的效果如图10所示:

3 实验结果与对比

根据上面提出的算法,使用VC6.0平台编程实现,编程环境为:处理器:Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU E8400 3.00GHz,内存:3.25GB。通过对多例髋关节CT切片实际分割,分析结果如下:图11(a)所示的髋骨存在狭长边缘,并且髋骨下端存在分叉。使用传统的分割方法,如果初始轮廓设置不当,容易计算出狭长边缘的内边界和裂缝的假边缘。而使用本文的方法能够较好的得到髋骨的轮廓线,如图11(b)所示。图12(a)所示的髋骨存在多处孔洞,且边缘信息模糊,使用传统的分割方法,会产生错误的边界信息,无法区分髋骨和股骨的轮廓。使用本文的提出的方法能够得到准确的轮廓线,如图12(b)所示。图13(a)所示的髋骨和股骨位置相近,形状复杂,使用传统的分割方法,不能够将两者的轮廓很好的区别出来,而使用本文的方法可以完整的得到髋骨和股骨的轮廓线。如图13(b)所示。

4 结论

本文研究了孔洞填充方法,通过Graham算法计算目标区域凸包,然后在凸包内寻找非目标区域点进行区域增长,通过凸包来判断增长的区域是否是目标区域的孔洞。运用这一方法,可以对任意形状的目标区域的孔洞进行填充。本文还研究了行扫描提取轮廓线方法,其原理是对整幅图像逐行进行像素扫描,寻找像素信息发生突变的点,如果某一点满足两个条件:1) 这个点属于目标区域;2) 这个点的四邻域中至少存在一个不属于目标区域的像素点。那么这个点就是轮廓像素点。通过大量的髋关节CT切片实验验证,行扫描法计算简单,运行效率高。对于目标组织存在狭长轮廓、分叉、噪声干扰、以及与其他组织存在模糊边界的情况,行扫描法都可以准确的提取出目标组织轮廓线,具有很强的鲁棒性和实用性。

摘要:传统的轮廓提取方法,例如边缘检测、水平集、活动轮廓模型等,存在着对初始轮廓敏感、噪声敏感、难以分割弱边缘和复杂形状轮廓等不足之处。以CT影像中髋关节的轮廓提取为应用背景,提出了一种基于行扫描的轮廓线提取方法。首先,对原始图像进行阈值分割和区域增长,分离出目标区域。然后,对目标区域中的孔洞进行自动填充;在填充过程中,通过目标区域的凸包来判断填充的单连通区域是否在目标区域内。最后,使用逐行扫描的方法搜寻像素信息突变点,得到目标区域的轮廓线。大量的数值实验表明,此算法的运行效率高,对于狭长、分叉、噪声干扰以及存在模糊边界的目标区域都能很好地提取轮廓线。

关键词:行扫描,轮廓,图像分割,凸包,髋关节

参考文献

[1]黄长专,王彪.图像分割方法研究[J].计算机技术与发展,2009,(6):76-79.

[2]雷丽珍.数字图像边缘检测方法的探讨[J].测绘通报,2006,(3).

[3]徐建华著.图像处理与分析[M].北京:科学出版社,1994.

[4]Marr.D著.视觉计算理论[M].姚国正译.北京:科学出版社,1988.

[5]张光年,葛庆平.基于Marr Hildreth算子多尺度图像边缘检测[J].首都师范大学学报,2005.

[6]谢意,杨玲.自适应模型的水平集图像分割方法[J].计算机工程与应用,2011,(47):221-224.

[7]Casselles V.A geometric model for active contours[J].Numer-ische Mathematik,1993,66(1):1-31.

[8]M.Kass,A.Witkin Snake:active contour model[J].Int.J.Computer vision.1988.(1):321-331.

[9]Kyeong-Jun Mun,Hyeon Tae Kang.Active Contour ModelBased 0bject Contour Detection Using Genetie A1gorithm withWaye1et Based Image Preprocessing.[J]International Journal ofControl,Automation,and Systems.2004.2(1):100-106.

[10]Canny J.A computational approach to edge detection[J].IEEETrans Pattern Analysis Mach Intell,1986,8(6):679-698.

扫描线法 篇2

沥青路面抗滑集料微观纹理系数计算及试验-基于扫描电镜法

目前常用于评价集料抗滑性能的磨光值试验存在不少弊端.文章采用扫描电镜法试验获取集料的微观形貌,提出集料微观纹理系数,进而评价集料的.抗滑性能.试验研究结果表明,该方法比磨光值试验能更快捷、简便、直观地评价集料的抗滑性能.

作 者:李冬梅 Li Dongmei 作者单位:福建交通职业技术学院,交通土建系,福建,福州,350007刊 名:福建工程学院学报英文刊名:JOURNAL OF FUJIAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY年,卷(期):20097(3)分类号:U414.7关键词:集料 抗滑性能 微观形貌 微观纹理系数 aggregate skid resistance micromorphology micro-texture coefficient

薄层扫描法测定牛磺酸含量 篇3

1 仪器、试药及样品

日本岛津CS-930薄层色谱扫描仪;手提式不锈钢蒸汽消毒器;TD4型电动离心机。

硅胶G薄层预制板;正丁醇等化学试剂均为分析纯;732型强酸型阳离子交换树脂。

精制藿胆胶囊(批号:070501、070502、070503)。猪胆粉(批号:070601、070602、070603),牛磺酸对照品(111616-200),由中国药品生物制品检定所提供。

2 实验方法与结果[1~5]

2.1 色谱条件

硅胶G薄层板,展开剂:正丁醇-乙腈-水-甲醇(5∶5∶2∶3),展距8cm,显色剂:1%茚三酮乙醇溶液,105℃加热约5min至斑点清晰,扫描条件:反射法锯齿扫描,检测波长470nm。

2.2 样品的制备

2.2.1 猪胆粉供试品溶液的制备

精密称取猪胆粉1g,加10%氢氧化钠溶液50ml,置蒸汽消毒器内,120℃加热4小时,放冷,用盐酸调节p H值至2~3,摇匀。用乙酸乙酯振摇提取4次,每次50ml,弃去乙酸乙酯液,水液用10%氢氧化钠溶液调p H至中性,浓缩至50ml后离心5min,取上清液,上强酸型阳离子交换树脂柱,用蒸馏水洗脱,接收p H=3~5的流出液,浓缩,定容至10m L,即得。

2.2.2 精制藿胆胶囊供试品溶液的制备

精密称取精制藿胆胶囊内容物2g,加10%氢氧化钠溶液100ml,置蒸汽消毒器内,120℃加热4小时,放冷,用盐酸调节p H值至2~3,摇匀。用乙酸乙酯振摇提取4次,每次100ml,弃去乙酸乙酯液,水液用10%氢氧化钠溶液调p H至中性,浓缩至50ml后离心5min,取上清液,上强酸型阳离子交换树脂柱,用蒸馏水洗脱,接收p H=3~5的流出液,浓缩,定容至10m L,即得。

2.3 对照品溶液的制备

取105℃干燥至恒重的牛磺酸对照品11.5mg,置10ml的容量瓶中,加蒸馏水稀释并加至刻度,摇匀。即得每1ml含1.15mg的牛磺酸对照品液。

2.4 线性关系

精密吸取对照品溶液1、2、3、4、5、6μL进行点样,按层析条件展开,显色,扫描,测定峰面积,以对照品点样量(X)对峰面积(Y)进行线性回归处理,得回归方程为Y=3368.5X+3375,r=0.9995,线形范围为1.15μg~11.5μg。

2.5 精密度试验

2.5.1 同板精密度

精密吸取对照品溶液6μl点于同一薄层板上,按测定法对6个点进行扫描测定,其峰面积积分值分别为:

2.5.2 异板精密度

精密吸取对照品溶液6μl点于六块薄层板上,按测定法对6个点进行扫描测定,其峰面积积分值分别为:

2.6 稳定性试验

精密吸取对照品溶液点于薄层板上,展开显色,按测定法分别在不同的时间(0,1,3,5h)扫描测定,其峰面积值分别为:22833.7,22852.3,22557.6,20745,由上述数据可知牛磺酸显色后放置3h内稳定(RSD=0.80%),本研究采用在显色后3h内进行扫描测定。

2.7 重复性试验

取精制藿胆胶囊(批号:070501),按供试品溶液制备项下操作,平行制备6份,按测定方法进行含量测定,结果分别为:1.05,1.06,1.08,1.09,1.08mg/g,RSD=1.48%,结果显示重现性较好。

2.8 加样回收率试验

精密称取已知含量的精制藿胆胶囊(批号:070501)10g,分别精密加入一定量的牛磺酸对照品,按供试品溶液制备项下操作,计算回收率,结果显示,平均回收率为92.78%,RSD=1.57%。

2.9 样品测定

按上述样品制备方法和色谱条件对精制藿胆胶囊、猪胆粉各3批样品进行了含量测定,结果见表1。

3 讨论

目前国内牛磺酸含量测定方法文献报道[6]有:酸碱滴定法,该法是对单一化合物的分析测定方法,不适用于天然产物中牛磺酸的分析;氨基酸分析仪测定法,该法仪器价格昂贵,不宜普及推广;高效液相色谱法需要柱前衍生化后测定,操作麻烦,样品前处理方法对测定结果影响较大。本文采用薄层扫描法测定牛磺酸含量,灵敏度高,方法简便,准确快速。

摘要:目的:采用薄层色谱扫描法测定精制藿胆胶囊及原料猪胆粉中牛磺酸的含量。方法:样品经预处理后点于硅胶G薄层板上,以正丁醇-乙腈-水-甲醇(5:5:2:3)为展开剂,于470nm波长处进行吸收扫描,用两点校正法测定含量。结果:此方法的平均回收率为92.68%,最低检测限为1.13μg。结论:本测定方法简便可行、重复性好,适用于藿胆丸制剂的质量控制。

关键词:精制藿胆胶囊,牛磺酸,薄层扫描法

参考文献

[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典一部[S].北京:化学工业出版社,2005.222-223.

[2]国家药典委员会.中华人民共和国药典二部[S].北京:化学工业出版社,2005,49.

[3]周莉玲,李锐,苏子仁等.牛磺酸制剂体内药动学的研究[J].中成药研究,1987(,7):1-3.

[4]龚丽芬,黄慰生,谢晓兰,等.文蛤中牛磺酸的提取(Ⅰ)[J].精细化工,2003,20(7):304-305.

[5]郭丽仪.薄层扫描法测定人体血液中的牛磺酸含量[J].中草药,2001,32(3):217.

线性扫描伏安法测定蛋氨酸螯合铜 篇4

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

CHI600C电化学工作站,三电极系统,以铁氰化锰修饰玻碳电极为工作电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,铂丝电极为对电极。

饲料添加剂蛋氨酸铜(市售),蛋氨酸,氯化钠(0.5mol·L-1),盐酸(6mol·L-1)。

PBS(0.05mol·L-1):称取4g NaCl,0.1g KCl,0.72g Na2HPO4,0.0534g KH2PO4混合溶解后转移至100mL容量瓶中,定容。

0.6 mmol·L-1铁氰化锰修饰剂:称取0.0099g K3Fe(CN)6,0.0051g MnSO4·H2O,0.8776g NaCl,用PBS缓冲液溶解后转移至50mL容量瓶中,用PBS液定容。所用试剂均为分析纯,水为去离子水。

1.2 修饰电极的制作

玻碳电极用氧化铝抛光,用硝酸(1∶1)和乙醇分别浸泡15min后洗净,在0.5mol·L-1 PBS液中于0V~+2.0V电位间循环扫描(扫速为100mV·s-1)50周,用水冲洗后置于0.1mol·L-1 NaOH中于+1.2V电位预极化120s,用水洗净,再置于0.6 mmol·L-1铁氰化锰修饰剂中于-0.2V~+1.1V电位间进行循环伏安扫描5.5h,完毕后取出电极,用水充分淋洗,晾干。在0.25mol·L-1 H2SO4-0.1mol·L-1 KH2PO4溶液中于-0.2V~+1.6V电位间循环扫描至曲线稳定。制备好的电极可以多次重复使用。

1.3 实验方法

取约10mL待测溶液于电解杯中,在CHI600电化学分析工作站上用三电极系统进行线性伏安扫描。扫描设置为:电位为+0.6V~+1.3V,扫描速率为100mV·s-1,静止时间2s。每次测定前后,电极用水淋洗后用滤纸吸干水分,在0.25mol·L-1 H2SO4-0.1mol·L-1 KH2PO4液中于-0.2V~+1.6V循环伏安扫描至曲线稳定,取出用水洗净,晾干后可再次使用。

2 结果与讨论

2.1 修饰时间的影响

膜的厚度可以通过改变修饰时间进行控制,考察了在10s~120 min内膜电极性能的变化,发现随着修饰时间的增加电极催化活性变强,修饰达60min后膜催化活性增加不明显,综合考虑工作效率等因素,最后确定修饰时间为60min。

2.2 支持电解质的影响

在+0.6~+1.3V电位范围内,分别以不同溶液作为支持电解质进行线性伏安扫描,比较铁氰化锰修饰电极对蛋氨酸的响应情况,发现以NaCl为支持电解质时氧化峰电流较大,所以选择NaCl为支持电解质。考察NaCl在0.01~0.50 mol·L-1范围内电极的响应情况,结果表明,当氯化钠浓度为0.05mol·L-1时,氧化峰电流最大,体系稳定、峰形较好。因此,确定NaCl浓度为0.05mol·L-1。

2.3 pH值的影响

在pH为0~12范围内研究了pH对蛋氨酸氧化峰电位的影响,随着pH值的增大峰电位变化不大,但峰电流随pH增加而增大,当pH大于6时,氧化峰电流逐渐降低。由于蛋氨酸氧化峰电流在pH较低时较稳定,且氧化峰峰形最好,故选择在HCl为0.6mol·L-1环境下进行测试。综上所述,测定体系确定为0.05mol·L-1NaCl-0.6mol·L-1 HCl。

2.4 扫描速率的影响

考察了在20~200 mV·s-1范围内扫速对蛋氨酸峰电流的影响,结果表明,峰电流随着扫速的增大而增加,当扫速大于100mV·s-1时,峰形变差,峰电流不稳定,因此选择100mV·s-1为本实验的扫速。

2.5 富集时间的影响

考察了富集时间对峰电流的影响。实验发现,峰电流先随着富集时间增加而增加,到60s后增幅变缓。这是因为富集时间超过60s后,蛋氨酸在电极上吸附趋于饱和,使峰电流增加缓慢,因而本实验富集时间确定为60 s。

2.6 工作曲线的制作

准确称取0.2500g蛋氨酸于50mL烧杯中,加水溶解后移入100mL容量瓶中定容。平行移取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL于25mL容量瓶中,加入0.5mol·L-1 NaCl溶液2.5mL,6mol·L-1盐酸2.5 mL,用水稀释至刻度。读取蛋氨酸的峰电流。以蛋氨酸溶液浓度对峰电流做一元线性回归,即得工作曲线。实验结果表明,蛋氨酸在3.0×10-3~1.0×10-1 g·L-1浓度范围内与峰电流呈良好线性关系,回归方程为x=3.7929Ip(μA)+0.0239,相关系数r=0.9955。

2.7 样品分析

游离蛋氨酸的测定:准确称取0.2500g饲料添加剂样品于50m L烧杯中,加入15m L水充分搅拌,过滤;移取滤液于25m L容量瓶中,加入0.5mol·L-1 NaCl溶液2.5m L,6mol·L-1盐酸2.5 mL,用水稀释至刻度。按工作曲线制作步骤进行测定,根据测得的峰电流数据,利用工作曲线方程求出试液中蛋氨酸的浓度,并计算1g饲料添加剂样品中游离蛋氨酸的含量。

蛋氨酸总量的测定:准确称取1.0000g饲料添加剂样品于50mL烧杯中,加入少量酸液溶解后,移入100mL容量瓶中定容,然后准确移取1.0mL于25mL容量瓶中,加入0.5mol·L-1 NaCl溶液2.5mL,6mol·L-1盐酸2.5mL,用水稀释至刻度。按工作曲线制作步骤进行测定,根据测得的峰电流数据,利用工作曲线回归方程求出试液中的蛋氨酸的浓度,并计算1g饲料添加剂样品中蛋氨酸的总含量。

2.8 结果计算

2.8.1 蛋氨酸的含量

根据游离蛋氨酸和总蛋氨酸的峰电流的测定值,计算蛋氨酸含量,与加标回收实验结果一起列于表1。

2.8.2 蛋氨酸铜含量计算

2∶1型蛋氨酸铜的含量X以质量百分数(%)表示:

式中:M—饲料添加剂中总蛋氨酸含量,g·g-1;

m—饲料添加剂中游离蛋氨酸的含量,g·g-1;

149.21—蛋氨酸摩尔质量;

360.94—蛋氨酸铜摩尔质量;

2—蛋氨酸与铜离子的螯合数。

根据上式计算出样品中蛋氨酸铜的含量为55.1%。

3 结论

本实验方法简单、快速、灵敏,电极可以重复多次使用,适合于不溶于水的氨基酸螯合物的测定,一般实验室皆可应用。

摘要:提出了在0.05mol.L-1NaCl-0.6mol.L-1HCl体系中以线性扫描伏安法间接测定饲料添加剂中蛋氨酸螯合铜的方法。依据蛋氨酸铜螯合物不溶解于水但能溶解于酸的特性,首先采用铁氰化锰修饰玻碳电极在中性介质中测定试样中游离的蛋氨酸,然后在酸性介质中测定总蛋氨酸含量,通过蛋氨酸螯合铜组成成分的化学计量关系,计算出蛋氨酸螯合铜的含量。方法准确、快速、简便,用于实际样品的测定,结果满意。

关键词:化学修饰电极,伏安法,蛋氨酸螯合铜,饲料添加剂

参考文献

[1]钟国清,曾仁权.离子交换树脂法测定氨基酸铜螯合率[J].中国饲料,1997(2):34-35.

[2]何激进,周长虹,刘伶俐.羟基蛋氨酸螯合物螯合率的测定[J].饲料博览,2007(7):52-55.

[3]周建群,罗玉芳,王韶辉.蛋氨酸螯合锌测定方法的研究[J].饲料研究,2008(2):48-49.

[4]GB/T20802-2006,饲料添加剂蛋氨酸铜[S].

顺鼻骨位CT扫描法诊断鼻骨骨折 篇5

关键词:顺鼻骨位,CT扫描,鼻骨骨折

鼻骨处于面部突出位置, 其外伤临床常见。常规采用X线平片容易造成漏诊。随着CT的广泛应用, 横断位CT扫描为临床提供了准确的诊断依据。近年来很多医院开展了顺鼻骨位CT扫描发现, 更有利于鼻骨骨折的全面诊断。本研究对51例鼻骨外伤患者分别进行X线平片, 横断位及顺鼻骨位CT扫描对比, 评估其诊断价值。

1 材料和方法

1.1 一般资料

本组所选病例为2003年8月以来鼻部外伤先进行X线平片检查怀疑鼻骨骨折的51例, 其中, 男41例, 女10例, 年龄12~63岁, 平均38岁, 95%为青壮年。受伤原因:车祸12例, 碰伤5例, 暴力、欧打30例, 摔伤4例。临床表现均有不同原因的鼻部或颜面部外伤史, 伴有鼻部或颜面部的肿胀、软组织擦伤、疼痛及触痛, 部分患者有鼻出血、鼻部不对称、塌陷变形等。患者受伤后至CT检查最短时间为1小时, 最长为8天。

1.2 方法

鼻部X线侧位片采用俯卧头部标准侧位像, 并常规摄取双侧位像。横断位CT扫描:患者仰卧, 以听眶下线为基线扫描, 层厚和层间距均为2mm。顺鼻骨位CT扫描为:患者取俯卧位, 以下颌部枕于扫描头架上, 或仰卧于头架上, 以鼻梁的走向于床面垂直。先扫定位像, 根据患者鼻骨的前斜角度为基线, 如果鼻骨走向角度于床面不够垂直, 可根据鼻骨的高低适当调整角度, 起于鼻骨前缘处, 根据损伤情况, 可向后最终止于上颌窦的后壁 (以便观察鼻腔内及鼻窦内损伤与积血情况) [1]。均使用PICK IQ全身CT机, 层厚、层间距均为2mm。120kV, 45mA, 3s。窗宽:1000~1200, 窗位:200~300。

2 结果

51例X线疑似鼻骨鼻折 (图1~3) 常规横断位CT扫描检出鼻骨骨折35例 (68.6%) , 4例 (0.08%) 可疑鼻骨骨折, 12例 (23.5%) 未发现鼻骨骨折征象。顺鼻骨位CT扫描后, 42例 (82.4%) 诊断为鼻骨骨折, 9例 (17.6%) 未发现骨折征象。42例鼻骨骨折中, 线形骨折 (图4) 19例 (45.2%) , 粉碎性骨折 (图5, 6) 15例 (35.7%) , 凹陷性骨折 (图6) 5例 (11.9%) , 混合性骨折 (图6) 3例 (7.1%) 。单侧骨折 (图4) 24例 (57.1%) , 双侧骨折 (图5, 6) 18例 (42.9%) 。其中累及上颌窦额突骨折者8例 (19.0%) , 合并副鼻窦积液者6例 (14.3%) 。

3 讨论

3.1 鼻骨的解剖结构

鼻骨占外鼻的上1/2, 主要构成鼻腔的前壁, 鼻下部为软骨及软组织结构。正常鼻骨为左右各一的长方形薄骨片, 上窄下宽, 构成鼻骨的基础。成人的鼻骨呈弯曲凸面甚薄, 左右对称, 接近鼻额缝最厚[2,3,4]。其上缘、外侧缘、下缘分别与额骨、上颌骨额突、鼻外侧软骨上缘连接, 鼻骨后面的鼻骨嵴与额嵴筛骨垂直板和鼻中隔连接。CT示鼻骨的长短, 宽窄变异很大[2]。鼻部明显突出于面部, 是面部外伤中最常见的。

3.2 正常和骨折鼻骨的X线征象

鼻骨侧位像表现为由鼻额缝起呈细长的尖刀状致密影, 前缘光整。鼻骨外伤时, 鼻梁 (指侧位投影上的鼻骨前缘) 的不完整或断裂、移位往往很容易观察, 但由于左右鼻骨的重叠, 鼻骨内部骨折表现的细线状, 不规则状透亮线, 条带状, 三角形或不规则形透亮区以及局部密度的不均匀在实际工作中常易漏诊或诊断不明确。还应注意鼻额缝、鼻上颌缝及鼻骨内面血管沟纹影, 易误诊为骨折。

3.3 顺鼻骨位CT扫描诊断鼻骨骨折

顺鼻骨CT扫描法能最大限度的显示鼻骨, 对鼻骨骨折能明确诊断, 能很清楚显示骨折的类型、错位的程度以及骨缝的分离 (图4~6) 。根据鼻骨骨折的形态可分为: (1) 线形鼻骨骨折, 即一侧鼻骨或双侧鼻骨横行, 纵行或斜行透亮影; (2) 粉碎性鼻骨骨折, 鼻骨见多条透亮线影或多个碎骨片, 伴或不伴移位; (3) 凹陷性骨折, 部分鼻骨向内侧陷入; (4) 混合性鼻骨骨折, 即合并有多种类型的骨折。

3.4 鼻骨骨折的X线与CT对照分析

由于鼻骨两侧对称, 普通X线检查对鼻骨骨折漏、误诊率较高, 多见于一侧鼻骨骨折且骨折处无塌陷者, 由于健侧鼻骨挺直, 遮住患侧骨折线, 加之普通X线密度分辨力低, 投照条件差, 患者鼻骨自身发育因素都直接影响了普通X线诊断鼻骨骨折的准确性。即使普通X线侧位片发现骨折也可因骨折部位的显像欠准确, 欠具体而对多处骨折极易造成漏诊[5]。常规CT扫描, 扫描基线与听眶线垂直。由于鼻骨大小、高低不同因人而异, 而鼻骨向前向外斜至少为30°, 其越向外 (越末端) 的骨质宽度及厚度均变小, 由于角度太大或非螺旋扫描时层面太薄均能影响其检出率。而顺鼻骨位CT扫描法是沿鼻骨走向, 无论骨折的形式如何, 均未能影响其检出率[1]。能够全面地观察鼻骨及其周围组织的结构关系, 准确判断有无鼻骨骨折和骨折的位置、部位、类型、范围、程度以及有无合并邻近组织损伤, 特别是鼻区复合骨折, 避免了漏误诊, 使鼻骨骨折的诊断准确率显著提高。较轴位扫描有以下几个优点: (1) 图像和解剖相似, 立体感强且逼真; (2) 显示骨折全面清晰无重叠遮盖; (3) 对复杂部位显示较好; (4) 充分地显示了骨折线, 提高了隐性骨折的诊断[2]。

图1~3 鼻骨侧位片疑鼻骨不同部位骨折。

综上所述, 本研究提示常规X线检查鼻骨很容易造成对鼻骨骨折的诊断不明确和漏诊, 横断位CT扫描对鼻骨骨折的检出率大大提高, 但顺鼻骨位CT扫描更优于横断位CT扫描, 对鼻骨骨折有更大的诊断价值。

参考文献

[1]何文通, 林娜, 王荣靖.鼻骨骨折的CT扫描.放射学实践, 2003, 18 (7) :485

[2]吉征, 丁冠军.冠状位HRCT扫描对鼻骨骨折的诊断价值.实用放射学杂志, 2004, 20 (10) :954

[3]张朝佑.人体解剖学.北京:人民卫生出版社, 1998, 71

[4]上海第一医学院《X线诊断学》编写组.X线诊断学.上海:上海科学技术出版社, 1978, 462

扫描线法 篇6

关键词:弹体直径,激光扫描法,误差分析

1、引言

检测技术是保证产品质量的重要手段,其水平高低已成为衡量一个国家科技水平的重要标志之一。产品的竞争实质上是质量的竞争,而产品质量的提高,除设计与加工精度的提高外,往往更有赖于检测精度的提高。生产自动化程度的发展,产品数量的增长,在一定程度上也受到检测效率的制约。对于军事工业而言,弹药弹体检测技术是关系弹体生产质量的重大关键性技术,随着新型武器的研制与科学技术的迅速发展,对检测的精度和效率提出了越来越高的要求。因此,提高检测精度和检测效率是检测技术的主要发展方向。传统的弹药弹体尺寸检测是采用手工测量方法,即将游标卡尺卡在弹体尺寸需要检测的位置,通过人工读数来判断弹体尺寸是否合格。这种手工测量方法,不仅费时费力,并且精度不高,满足不了现代生产自动化的需要。

长期以来,国内外学者对弹体直径测量进行了大量的研究,但是在大直径尺寸测量方面一直没有理想的方法和仪器出现,尤其在机械加工行业中,大直径尺寸的精密测量尚未得到很好解决。用现有的或大型千分尺进行测量既费时又达不到精度要求。所以,进行精确的大直径工件几何尺寸测量研究的意义十分重大。

2、硬件条件限制分析

当被测弹药直径尺寸跨度较大时,无论怎样改进系统结构,光学系统中的镜片尺寸都会很大,其结果是:不仅镜片加工困难,而且像差很大,因此测量误差很大,无法保证测量精度。

根据误差分析和光学设计经验,f-θ透镜尺寸≤80mm的情况下的像差较易保证。因此,针对待测炮弹外径测量范围,作出以下分级:

(a)小尺寸直径<60mm;

(b)大尺寸直径>60mm。

两个尺寸段无法用一台设备兼容,因此,我们需要对上述小尺寸直径测量系统进行改进,以满足对大尺寸弹丸直径的测量

3、小尺寸弹丸直径测量系统

测量系统由激光器、扫描多面棱镜、扫描透镜、接收透镜、光电接收器等组成。

3.1 测量原理

图1是激光扫描测量系统测量原理图。激光器发出的激光束照射到扫描棱镜上,扫描棱镜由扫描电机带动以恒定角速度高速旋转,扫描光束经过f-θ透镜后形成与光轴平行并以恒定线速度扫描的扫描光束。

扫描电机和扫描棱镜是关键器件,它决定了测量区域扫描光束线速度v的稳定性、光束的平行性和准直性,从而决定了仪器的测量精度。f-θ透镜的作用是将匀角速度扫描的光束变换为与光轴平行的像方匀线速度扫描的平行光束。f-θ透镜的精度不仅影响扫描线速度v随垂直位置变化的特性,决定了仪器的线性指标,而且还影响扫描光束的平行性和准直性,决定了仪器的测量精度与测量的重复性。扫描电机的速度稳定性、轴向和径向跳动,以及扫描多面棱镜的形位误差等影响光束的线速度v的稳定性和扫描光束入射的准确性,决定了仪器的重复性和稳定性。扫描激光光强的稳定性、光电信号边缘检测的准确性、光学系统的安装误差等对的检测精度起到至关重要的影响作用。

3.2 测量过程

激光器发出的激光以恒速对被测弹体进行扫描,经聚光透镜到达光电接收器,根据光电接收器接受光强的变化阈值(参看图2)确定扫描时间t。若扫描速度为ν,对工件扫描时间为t,则被测工件直径D:

3.3 误差分析

影响扫描法测量弹径误差的因素包括多个方面。如扫描速度不是常值而是扫描棱镜转角Φ的函数,此时可以用平均扫描速度来求激光扫描尺寸检测系统的误差。其中平均扫描速度v(28)tan2f(为有效扫描口径的半径角),测量的三个基本参数为电机的转速n、光学系统的焦距f、时钟脉冲的频率fc,这些误差对测量精度的影响关系式为:

即:

由式(1-3):若激光脉冲频率fc(28)25.106,(35)f c(28)20;设计焦距为f(28)600mm,(35)f(28).001mm;电机转速为n(28)3000转/分,(35)n(28)02.转/分,

被测弹径D(28)60,则:

4、大尺寸弹丸直径测量系统

由扫描测量头(两台)、光栅尺、直线滚珠导轨、滚珠丝杠、控制电机、计算机系统等组成。

4.1 测量原理

大尺寸直径的弹丸测量依然采用激光扫描法测量原理。和小尺寸直径弹丸测量不同的是,大尺寸弹径测量要用两个扫描头,而且在测量前要对扫描头之间的距离进行标定。

测量前,将两台扫描头移出被测区域,并用标准尺标定出两个扫描头的距离(设为L)。

4.2 测量过程

测量时,在电机的驱动下,两个扫描头同时向被测弹丸待测部位靠近,如图3所示,当两个扫描头发出的激光束与被测弹丸的外径相切时,经过光电转换,光电接收器的输出电压分别出现两个下降沿,在通过实验确定阈值后,阈值处就分别对应一个触发脉冲,该触发脉冲便是两个光栅尺的计数指令,此时两个扫描头相向运动的距离分别为1x和2x,则被测弹径(D)为:

4.3 误差分析

(1)基础距离L标定误差(35)L:

此项误差为系统误差,可通过测量标准件等方式予以消除。

(2)扫描头移动距离测量引起的误差:

(a)由光栅尺引起误差(35)C1:

光栅尺测量精度为0.005,则由此引入的测量误差为0.001。

(b)由于边缘阈值判断引起的误差(35)C2:

采用像元间距为7的CCD相机,经光学系统后,分辨率可达0.003mm,由此引起的误差为0.001mm。

(3)测量总误差为:

由于采用两侧扫描方法进行测量,实际引起的误差为左右两个扫描系统误差和,按最大极限误差累计,可得:

5、结语

本文较详细的介绍了使用改进后的激光扫描法测量弹丸直径的方法。对其关键原理进行了论述,检测效率和精度都达到了预期目标,证明了该测量方法的可行性。此设计方案可普遍适用于一般弹丸弹体的检测。

参考文献

[1]于海蓉.特种弹药弹体尺寸自动检测系统测量方法和软件设计研究.[硕士学位论文]国防科技大学,2003.

[2]“弹药静态参数测试系统研制方案”.长春理工大学,2005.09.

[3]张明明.弹箭静态参数综合测试系统.[硕士学位论文]南京理工大学,2005.

[4]宋涛.曲臂花键轴跳动误差非接触检测技术研究.[硕士学位论文]长春理工大学,2003.

[5]阎荫棠.几何量精度设计与检测.北京:机械工业出版社,1996.08.

[6]孙长库.叶声华编著.激光测量技术.天津:天津大学出版社,2001.07.

[8]李岩,花国梁.精密测量技术.北京:中国计量出版社,2001.08

扫描线法 篇7

1 连锁超市生鲜品配送面临的问题

由于连锁超市自身的地理位置, 以及生鲜品自身易腐易烂的特点, 连锁超市的生鲜配送具有和其他消费品配送不一样的特点, 衍生出以下三个问题。

1.1 公共资源方面

众所周知, 生鲜品的配送主要是汽车运输, 依靠的是道路资源, 因此也受其限制和影响。首先, 在我国某些特大城市, 配送车辆都受到了严格的交通管制, 影响调度安排;其次, 与发达国家不同, 我国的大型连锁超市大部分处于城市人口密集地带, 交通状况脆弱, 车辆行驶速度变化大。因此, 配送车辆的调度、作业在很大程度上受到交通管制和交通状况的影响, 这也影响着配送的准时性和配送成本。

1.2 企业资源方面

一方面, 国内连锁超市的发展都是从单个小门店开始, 然后扩大到广领域、多门店, 而配送车辆也面临着旧有车辆和新型设备同时使用的状况。另一方面, 由于连锁超市的门店大小各异, 需求不同, 产品种类多样, 也需要多车型的配送。因此, 企业经常面临多种类型运输设备同时使用的情况。

1.3 客户需求方面

由于生鲜品讲究一个“鲜”字, 绝大部分消费者都希望自己能够买到当天或者前一天的货物, 大部分人会选择早市, 但对于上班族来说只能去晚市, 结果就只能买回一些剩余物品。如何保证所有的顾客都能买到新鲜的产品, 这就要求生鲜配送要做到多品种、小批量、高频率。最好可以做到前一天晚上下单, 次日早上配送, 早晨过后上午下单, 当天下午配送。这就对配送速度和配送成本产生了压力。

2 连锁超市生鲜配送的VRP模型描述

分析上述问题发现, 连锁超市生鲜配送的问题主要来源于公共资源、企业资源、客户个性化需求三个方面, 而这三个方面的阻力都可以通过配送车辆的调度和路径优化来削弱。

2.1 多回路运输问题

多回路运输是现实配送中经常遇到的问题, 特别是对于有诸多服务对象的大公司。针对此类配送问题, 关键是对车辆进行正确调度。由此VRP (车辆路径问题) 模型随之而生, 成为解决多回路问题的一个重要方法。VRP模型在配送中的应用描述为:从物流配送中心同时向多个需求地 (门店、客户) 配送货物, 每一个需求地的地理位置一定, 需求量稳定, 通过对运输车辆合理调度和配送路径优化, 使得配送里程尽量短、时间尽量少、成本费用尽量低、车辆次数尽量少等。同时需要满足以下几个约束条件: (1) 单条配送路线上需求地的总需求量小于等于每台配送车辆的核准载重量; (2) 单条配送路线的总长度小于等于每台配送车辆的最大行驶距离; (3) 每个需求地的需求必须满足并且只能安排一台车配送; (4) 每台配送车辆从离开配送中心开始到完成任务回到配送中心形成一个回路。

2.2 生鲜配送与VRP模型

连锁超市的生鲜配送是在配送中心允许的配送半径内, 根据各超市门店提供的订货信息, 对生鲜产品进行采购、预冷、分拣包装、冷藏运输等作业。其目的是尽可能地加快生鲜配送速度, 保证生鲜品质量, 满足客户的需求期望从而提高企业利润。

生鲜品的配送是一个典型的多回路运输问题。生鲜品自身具有生命周期短、易腐烂、运输损耗严重等特点, 同时又是很常见的大众消费品, 其安全关乎人们的身体健康, 因此, 生鲜品的配送有以下几点要求:配送环节少、速度快;配送设备齐全, 从采购到入架全程冷链, 保证安全;避免回收物流的出现, 减少损耗, 降低综合成本。综上, 合理的配送至关重要, 选择合理化的配送路线、优化配送顺序、降低配送成本具有重大的意义。VRP模型与其他的运输模型不同之处在于:客户群体大, 单路径无法满足客户的配送需求, 同时它可以解决配送中主体选择和配送顺序的问题。此外VRP模型就是为了实现配送里程最短、准时性最高、劳动消耗最低、运力掌握最合理等目标, 使用VRP模型来解决生鲜配送问题十分合理。

3 基于扫描法的连锁超市生鲜品配送路径设计

3.1 扫描算法的描述

扫描算法是求解VRP算法的启发式算法之一。其原理是:首先建立坐标系, 以配送中心O为极坐标系的原点, 以原点和任意客户点连线定义为角度O, 再给客户群定义坐标。其次, 从最小角度的客户开始, 建立一个小组, 按逆时针的方向依次把剩余的客户添加至小组中来, 直到客户的需求量超过了运输车辆的载重量。建立新的小组, 继续依次进行下去, 直到所有的客户都被分完为止。最后, 把各小组按照TSP (旅行商问题) 模型的方法进行优化, 选择一条合理的线路。

3.2 配送路径优化设计案例

已知某连锁超市以A点为基点, 分别向B点、C点、D点、E点、F点、G点、H点、I点、J点9个地区门店配送生鲜, 该公司标配的冷藏车载重量为6t, 并有足够多的车辆。设各个点之间的距离为C={Cij|i, j=0, 1, 2…9}, 各点的需求量为Ni (i=1, 2, …9) , 每台冷藏车的行车里程为Li≤600km, 以A为中心, 门店点分别为B, C, …J, 对应1, 2, …9。根据某公司物流配送资料显示, 各个门店的生鲜需求量和配送距离及坐标值如表1所示。

各个门店之间的距离及与配送中心之间的距离如表2所示。

采用扫描算法对该公司配送路径进行优化, 步骤如下。

(1) 以冷链配送中心A点为扫描中心点, 逆时针为扫描方向, 取C点为扫描初始点, 其与A点的连线为零角度, 建立极坐标系。

(2) 从角度为零的A C连线开始逆时针扫描, C的需求量load1=1.5t, 继续扫描, 下一个即将被划入小组的是A点, load1=1.5+2.5=4t<6t, 继续扫描。下一个即将被划入小组的是D点, 如果D点被划入小组, load1=1.5+2.5+3=7t>6t, 将超出冷藏车载重量, 根据扫描法分组规则需要新建一个小组, 这样第一个小组有AB两点。重复以上的分组过程, 可以得出第二小组有DGH三点, load2=6t, 第三小组有EF两点, load3=4t, 第四小组有IJ两点, load4=3.5t, 中止扫描。

(3) 小组内的线路优化过程。这样就利用扫描法将9个点分解成了四组单回路运输问题, 可以通过TSP方法求解, 然而, 对于数量较多的TSP问题, 通常无法求得最优解, 只能通过启发式算法获得较为接近的最优解。TSP的解决方法通常有枚举法、最近点法和最近插入法。枚举法的列举次数一般为 (n-1) !次 (n表示门店的个数) , 工程量大一般不用, 最近点法虽然计算快捷方便但是精确度极低, 一般只用作计算初始解。下面使用最近插入法对四组单回路问题求解。

由上述分析可知第一组、第三组、第四组都只有两个门店, 由对称性可得以上三组可直接构成三个回路。

对第二组进行优化, 比较表2中从A点出发的所有路径大小:

这样, 有节点A, H构成了一个子回路, T={A, H, A}, 然后考虑剩下的节点D, G到A, H两点的最近距离:

这样节点A, H, D就构成了一个新子回路, T={A, H, D, A}, 然后只剩下一个节点G有三个位置可以插入, 现在分析将其插入哪个区间合适, θ表示加入G点多走里程:

插入到 (A, D) 之间, θ=C06+C63-C03=84+85-85=84;

插入到 (A, H) 之间, θ=C06+C67-C07=84+30-83.5=30.5;

插入到 (D, H) 之间, θ=C76+C63-C73=30+85-20=95。

比较上述三种情况的增量, 插入到 (A, H) 之间增量最小, 所以将G点插入 (A, H) 之间, 结果为{A, G, H, D, A}。最终求得配送路径如图1所示。

4 结语

我国的超市生鲜配送业务最早出现在20世纪80年代的外资企业中。21世纪以来, 略显规范化的本土生鲜配送行业开始发展, 特别是现如今冷链技术发展方兴未艾, 为生鲜配送提供了技术和设备支持。但是, 在运行模式和物流管理方面, 还与西方以及日本等发达国家存在较大差距, 合理化的车辆调度和路径优化设计具有重要的现实意义。解决车辆路径问题的方法有很多, 本文针对生鲜配送面临的问题以及车辆路径问题的特点, 对车辆配送路径和生鲜配送进行了交叉研究, 使用扫描法对连锁超市生鲜配送路径进行优化设计, 高效率完成连锁超市生鲜配送服务, 达到了节约物流成本的目的。

摘要:本文根据生鲜品自身的特点, 以及连锁超市在生鲜品配送中所面临的管理问题, 建立VRP数学模型, 通过扫描算法对原有的配送路径进行优化, 得出最优的配送方案, 为确保生鲜品质量安全、提高企业配送效率、满足客户高质量需求提供理论借鉴。

关键词:连锁超市,生鲜配送,扫描法,路径优化

参考文献

[1]何炳华.物流系统规划设计与软件应用[M].北京:清华大学出版社, 2012.

[2]吕俊杰, 孙双双.基于鲜活农产品冷链物流配送的车辆路径优化研究[J].广东农业科学, 2013 (9) .

扫描线法 篇8

对于大规模的复杂电力系统而言,对每个预想事故都进行详细的分析是不必要和不切实际的,准确、快速的事故筛选和排序可以将计算量降低到可以接受的水平。事故扫描就是对大量的预想事故进行选择和排序,筛选出可能导致电力系统动态安全危机的故障,提高分析效率。

事故扫描一般采用的方法是通过快速计算反映事故严重程度的性能指标,选出严重事故或滤除不严重事故[1,2,3,4,5]。正确定义与选择这些性能指标是动态安全分析事故扫描方法的基础,通过单个性能指标进行事故筛选与排序得到了很多研究[1,2],只是准确程度有待提高;研究表明,根据性能指标的联合应用进行事故扫描用于选出严重事故,具有很高的严重事故捕获率[3,4],应用效果好于仅利用单个指标的应用效果。不足之处是所定指标尚不够全面,而且均难以满足在线动态安全分析快速性的要求。

文献[5]在惯量中心COI(Center of Inertia)坐标系下比较全面定义了反映事故严重程度的性能指标,选择了事故清除时刻发电机的转子速度、动能、事故清除后一瞬间发电机的加速功率等部分状态变量作为筛选指标,并综合这些性能指标提出以滤出不严重事故为目标进行事故扫描的综合性能指标法,该方法计算速度快,可以满足在线动态安全分析快速性的要求。但采用对每个事故在不同性能指标下的序号之和(综合性能指标下的序号)进行排序,缩小了指标值之间的差异程度,所以不能准确的反映事故间的相对严重程度。

本文以选出严重事故为目标,在文献[5]的事故扫描方法的基础上,提出一种新的综合性能指标法,将性能指标值规格化,计算事故的综合性能指标值,根据综合性能指标值选出严重事故,使事故扫描结果更加准确、合理。

1 暂态稳定性能指标

一般从事故切除时刻系统的状态和事故后系统结构的强弱两方面来考虑如何定义反映事故严重程度的性能指标[1]。文献[1]针对系统性事故和区域性事故给出2类共6种性能指标,一类是表征事故切除时刻系统状态与事故切除后稳定平衡点距离的性能指标;另一类是表征事故切除后系统结构变化大小的性能指标。文献[5]对文献[1]进行了取舍和补充,在其基础上考虑事故清除时刻的发电机动能和加速功率,在惯量中心坐标系下定义了14种性能指标。经过分析比较最终采用以下6种性能指标表征事故严重程度,并论述了其合理性。

1)事故清除时刻与事故前发电机转子角度差值的绝对值之和:

式中:Ng为系统中的发电机数目;θci为事故切除时刻发电机i的转子角度;θ0i为事故前对应系统稳定平衡点的发电机i的转子角度。

2)事故清除时刻与事故前发电机转子角度差值的绝对值的最大值:

3)事故清除时刻发电机的动能之和:

式中:为发电机i的动能;Mi是发电机i的惯性时2间常数;是发电机i的转子角速度。

4)事故清除时刻发电机动能的最大值:

5)事故清除后一瞬间发电机的加速功率与发电机惯性时间常数比值之和:

式中:Pacc,i=Pmi-Pei是事故清除后一瞬间发电机i的加速功率;Pmi、Pei分别是事故清除后一瞬间发电机i的机械功率和电磁功率。

6)事故清除后一瞬间发电机的加速功率与发电机惯性时间常数比值的最大值:

本文采用以上6种性能指标,通过计算可以得出系统性事故或区域性事故发生后,事故对各发电机的影响和事故后网络吸收暂态能量的能力,以此说明事故对系统造成影响的严重程度。

2 综合性能指标法

采用选出严重事故或滤除不严重事故方法进行事故扫描,一般是通过快速计算反映事故严重程度的性能指标,综合这些指标对事故的严重性进行比较达到目的。

性能指标值PIpq(p、q分别为事故跳闸支路数和性能指标数)反映的是电力系统元件p发生故障时不同侧面的严重程度,一般具有不同的量纲和数量级,若直接利用原始数据计算,就可能突出某些数量级特别大的性能指标对排序结果的作用,而降低甚至排斥某些数量级较小的性能指标的作用,导致一个指标只要改变一下单位,也会改变最终排序结果;若利用每个事故在不同性能指标下的序号来确定该事故的严重性,必然会改变原有指标值之间的差异,所以不能准确地反映事故之间的相对严重程度。因此,需要对指标值进行规格化处理,使每一指标值统一于某种共同的数据特性范围,将数据压缩到区间[0,1]上,再求得综合性能指标值。这样,既消除因各项指标的单位不同和数值数量级间的悬殊差别所带来的影响,又不会改变原有指标值之间的差异。

考虑到性能指标值的大小能够从不同侧面反映事故的严重程度,并且事故扫描时多个指标的联合应用效果好于单个指标的应用效果,参考文献[5]的事故扫描方法,直接将规格化的性能指标值求和,得到综合性能指标值,并按大小选出严重事故的综合性能指标法,具体做法为:

采用时域仿真法对系统从事故前到事故后进行短时积分,计算性能指标PI1至PI6之后,对性能指标作规格化处理:

为了尽可能地反应实际情况,排除由于各项指标的单位不同以及其数值数量级间的悬殊差别所带来的影响,对性能指标作规格化处理:

式中:,,p、q分别为事故跳闸支路数和性能指标数,m为系统支路总数。

下一步将处理后的性能指标值求和,得到综合性能指标值。

支路p事故跳闸后,反映其严重程度的综合性能指标值为:

最后按照综合性能指标值的大小进行排序,选出严重故障,根据需要选取前N个事故,待采用精确算法进行详细分析。

事故扫描的综合性能指标法程序框图见图1ㄢ

对于大规模电力系统而言,获得指标值需要进行的大量暂态稳定计算,可以采用并行计算方式[6]来提高计算速度。这种事故扫描方法所耗费的时间主要是对每个事故积分至事故清除后一小段时间所需的仿真时间,因此比较快捷,可以满足在线动态安全分析快速性的要求。

3 算例分析

本文以NEW ENGLAND 10机系统为测试系统,以线路中点发生三相永久性接地故障为例,其中的时域仿真计算采用中国电科院研制的综合程序(PSASP)为仿真工具,利用综合性能指标法进行事故扫描分析,各个性能指标值见表1ㄢ

多数事故的严重性指标与事故的临界切除时间CCT(Critical Clearing Time)并不存在简单的线性关系,因此不能根据事故的严重性指标对事故进行严格排序[5],但是可以选出一定数目的严重事故,并利用临界切除时间进行校验。

利用改进的综合性能指标法进行事故扫描,按式(7)对表1中各性能指标值进行规格化处理,然后按式(8)计算综合性能指标值并排序,结果见表2,3ㄢ

通过以上计算结果可以得出,在10机系统中,若定义CCT小于等于210 ms的事故为严重事故,则根据CCT筛选出的21个严重事故,有19个包含在利用综合性能指标法得出的21个严重事故之中;若定义CCT小于等于195 ms的事故为严重事故,则根据CCT筛选出的18个严重事故,有16个包含在利用综合性能指标法得出的18个严重事故之中;若定义CCT小于等于190 ms的事故为严重事故,则根据CCT筛选出的14个严重事故,有11个包含在利用综合性能指标法得出的14个严重事故之中,排序结果见表3ㄢ

计算结果可说明本文方法具有较高的严重事故捕获率,不足之处是各性能指标值与综合性能指标值均不能绝对反映事故之间的相对严重性。

显然,选出严重事故的数目不同,严重事故的捕获率也不同,所以确定合理的严重事故数目有待深入研究。

4 结语

本文提出的综合性能指标法采用直接利用反映事故严重程度的性能指标值计算综合性能指标值,根据综合性能指标值选出严重事故进行事故扫描,具有较高的严重事故捕获率,并且能够满足动态安全分析系统在线应用的要求。

摘要:暂态稳定性能指标的大小能够反映电力系统事故的严重程度,可以作为事故选择的依据。该文提出一种以选出严重事故为目标,通过快速计算性能指标的综合值进行事故扫描的综合性能指标法。该方法严重事故捕获率高、计算速度快,能够满足动态安全分析系统在线应用的要求。通过NEW ENGLAND 10机系统的仿真算例,验证了该方法的有效性。

关键词:在线动态安全分析,性能指标,事故扫描,综合性能指标法

参考文献

[1]甘德强,王锡凡,杜正春,等.暂态稳定性分析的自动事故选择方法[J].电力系统自动化,1994,18(1):25-30.GAN De-qiang,WANG Xi-fan,DU Zheng-chun,et al.Automatic Contingency Selection Method of Transient Stability Analysis[J].Automation of Electric Power Systems,1994,18(1):25-30.

[2]GUANG Li,Steven M.Integral Square Generator Angle Index for Stability Ranking and Control[J].IEEE Trans on Power Systems,2005,12(2):926-934.

[3]Brandwajn V,Kumar A B R,Ipakchi A et al.Severity Indices for Contingency Screening in Dynamic Security Assessment[J].IEEE Trans on Power Systems,1997,12(3):1136-1142.

[4]Fu C,Bose A.Contingency Ranking Based on Severity Indices in Dynamic Security Analysis[J].IEEE Trans on Power Systems,1999,14(3):980-985.

[5]王守相,张伯明,郭琦.在线动态安全评估中事故扫描的综合性能指标法[J].电网技术,2005,29(1):60-64.WANG Shou-xiang,ZHANG Bo-ming,GUO Qi.Integrated Performance Index Method of Contingency Screening in Online Dynamic Security Assessment[J].Power System Technology,2005,29(1):60-64.

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