化学反应的基本特征十篇

化学反应的基本特征篇1

【关键词】咪唑；酸性离子液体；FT-IR

0 概述

离子液体，是由一系列杂环阳离子和多种阴离子组合而成[1]。在电化学业、重金属离子提取、相转变催化、重合、增溶作用以及在酶反应中做低挥发的有机溶剂等领域有着潜在的商业应用[2]。离子液体虽然为离子组成，但其组成可调变，故称为“设计溶剂”（designed solvents）。采用一步合成法制备离子液体，操作简便，没有副产物，产品易分离，纯化[3-4]。离子液体可用波谱学、物理学方法和电化学等手段对其进行表征。通过IR图谱的分析，可以证实产物（特别是阳离子部分）是否正确[5]。本文合成三种咪唑类离子液体[Hmim]CH3COO、[Hmim]H2PO4、[Hmim]C4H7O2，并采用光谱法对其结构及性质进行了初步的研究。

1 实验部分

1.1 试剂

N-甲基咪唑（wt≥98%，浙江省宁海市凯乐化工公司）、冰醋酸（化学纯，上海凌峰化学试剂有限公司）、磷酸（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）、正丁（分析纯，上海化学试剂有限公司）等。

1.2 离子液体催化剂制备

[Hmim]CH3COO的制备

称量摩尔比为1：1的N-甲基咪唑8.21g和醋酸6.01g于250ml三口烧瓶中，加入少量水作溶剂，旋转搅拌，将温度控制在80℃，反应进行6h，得到淡黄色液体。将得到的淡黄色液体进行减压蒸馏，控制减压蒸馏的真空度为0.07MPa，顶部温度为92℃，蒸馏时间为3h，即得到咪唑醋酸盐离子液体[Hmim]CH3COO。

[Hmim]C4H7O2的制备

称量摩尔比为1：1的N-甲基咪唑8.21g和正丁酸8.82g于250ml三口烧瓶中，加入少量水作溶剂，加热并搅拌，反应温度控制在80℃，反应7h，得到黄色液体。将得到的液体进行减压蒸馏，控制真空度为0.05MPa，顶部温度为75℃左右，蒸馏时间为4h。即得到黄色透明咪唑正丁酸盐离子液体[Hmim]C4H7O2。

[Hmim]H2PO4的制备

称量摩尔比为1：1的N-甲基咪唑16.4g和磷酸19.6g于250ml三口烧瓶中，加入少量水作溶剂，加热并搅拌，反应温度控制在80℃，反应7h，得到黄色液体。将得到的液体进行减压蒸馏，控制真空度为0.05MPa，顶部温度为75℃左右，蒸馏时间为3h。得到白色固体，即咪唑磷酸盐离子液体[Hmim]H2PO4。

1.3 催化剂表征

催化剂的FT-IR光谱分析采用Avatar-360型FT-IR 红外光谱仪，美国Nicolet公司制造。

2 结果与讨论

2.1 催化剂制备结果

表 1 离子液体制备反应结果

本试验制备的咪唑类离子液体是由N-甲基咪唑和不同的酸经一步反应制得。所采用的酸为醋酸，磷酸，正丁酸。反应结果列于表1，由表1看出，离子液体[Hmim]CH3COO、[Hmim]H2PO4、[Hmim]C4H7O2，所得收率分别为85.5%、79.0%、87.0%。

2.2 催化剂表征

2.2.1 [Hmim]CH3COO的IR光谱分析

[Hmim]CH3COO的IR谱如图1所示，在4000～2000 cm-1区域出现C-H基团的伸缩振动峰，在3120cm-1处为芳香环上C-H基团的特征峰，2962、2835cm-1处为脂肪链上C-H基团的特征峰；在1527、1425cm-1的吸收峰为C=C基团的特征吸收峰；在1711、1269cm-1的吸收峰为C=O基团的特征吸收峰。

图 1 [Hmim]CH3COO 红外谱图

2.2.2 [Hmim]H2PO4的IR光谱分析

[Hmim]H2PO4的IR谱如图2所示。在4000～2000cm-1区域出现C-H基团的伸缩振动峰，在3139cm-1处为芳香环上C-H基团的特征峰，2943、2863 cm-1处为脂肪链上C-H基团的特征峰；在1540、1462 cm-1的吸收峰为C=C基团的特征吸收峰；在1280cm-1的吸收峰为P=O基团的特征吸收峰；1200～850cm-1的宽谱带为磷酸的特征吸收峰。

图2 [Hmim]H2PO4 红外谱图

2.2.3 [Hmim]C4H7O2的IR光谱分析

[Hmim]C4H7O2的IR谱如图3所示，在4000～2000cm-1区域出现C-H基团的伸缩振动峰，在3122cm-1处为芳香环上C-H基团的特征峰，2961、2880cm-1处为脂肪链上C-H基团的特征峰；在1526、1462 cm-1的吸收峰为C=C基团的特征吸收峰；在1715、1220cm-1的吸收峰为C=O基团的特征吸收峰。

图 3 [Hmim]C4H7O2红外谱图

3 结论

1）通过实验，采用一步合成法制备了四种Br？nsted酸性离子液体：[Hmim] CH3COO，[Hmim]H2PO4和[Hmim]C4H7O2，收率分别为85.5%、79.0%、87.0%。

2）利用红外光谱法对三种离子液体的化学结构进行初步表征，在4000～2000 cm-1区域出现C-H基团的伸缩振动峰，且分别出现1711、1269 cm-1（ C=O基团的特征吸收峰）、1280cm-1（P=O基团的特征吸收峰），和预期结构相符。

【参考文献】

[1]邓友全.离子液体-性质、制备与应用[M].北京：中国石化出版社，2006.

[2]黎子进，黄宝华，张维刚，等.离子液体[Hnmp]HSO4催化合成乙酸正丁酯的动力学研究[J].工业催化，2008，16（3）：45-48.

[3]陈人杰.离子液体在电池中的应用[J].化学进展，2011，23（2/3）：366-373.

化学反应的基本特征篇2

关键词：话者识别；模式匹配；文本无关；神经网络

中图分类号：TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）01-0189-03

An Overview about the Text-independent Speaker-identification Technology

Chen Jian-tao，CHEN Wei-na

（People’s Public Security University of China，Beijing 102623， China）

Abstract： The application prospect of the text-independent speaker-recognition system is wide， and the single feature parameter method is often difficult to completely reflect the speaker's personal voice characteristics， so the focus of the current research lies in the combination of multiple features. The difficulty of the text independent speaker recognition technology is that it requires a high extraction parameters， and can not be confined to the characteristics of individual parameters， so it is difficult to form an effective and reliable system.

Key words： speaker-identification； pattern matching； text-independent； neural network

话者识别（speaker identification），在司法鉴定领域也被称作语音同一认定，是指通过比较特定说话人不同时间段发出的语音，从而判断这些语音是否来自同一人的一种技术手段。[1]

图1 话者识别的一般流程

话者识别技术根据被检测语音和样本语音内容之间的关系可分为文本相关（Text-dependent）的话者识别技术和文本无关（Text-independent）的话者识别技术两种。所谓文本相关是指在被检测语音和样本语音内容完全一致的前提下进行的话者识别；文本无关与文本相关相对，是指不考虑被检测语音与样本语音内容是否一致而进行的话者识别方法。文本相关的话者识别技术是话者识别技术的起步阶段，虽然简单而且误识率低，但是在实际应用中，受限制的因素较多，因此基于文本无关的话者识别技术就成为了话者识别领域中的研究的重点和应用的热点。话者识别系统一般包含语音信号输入、预处理与数字化、特征提取、模式匹配和输出结果等几个模块，图1表示的是话者识别系统一般的流程图。

1 语音的特征参数

在对人的发声系统的发声机理、听觉系统的感知机理和语音信号的数学建模的研究基础之上，文本无关话者识别技术研究过程中已使用过的特征参数主要包括以下三类：

1.1基于发声特性的特征参数[7]～[8]

从法庭科学的角度来讲，人的发音习惯是运动习惯的一种，属于人的局部器官的协调运动，这种运动习惯由声带、声道和鼻、口、咽共振腔的生理结构决定，而基于语音的短时谱提取出来的特征参数正好能反映不同人之间的这种生理结构差异。基于发声特性的特征参数包括音强曲线、基音强度、共振峰强度和带宽等。

1.2基于听觉特性的特征参数

除了模拟人的发声特性，通过模拟人耳听觉特性也能够提取出说话人语音的特征参数，常见的主要是一些倒谱参数，例如美倒谱系数（MFCC）和感知线性预测倒谱系数（LPCC）等，大量研究表明这类参数在文本无关的话者识别系统中能够取得较好的效果。其中美倒谱系数（MFCC，Mel Frequency Cepstral Coefficients）MFCC参数是基于人的听觉特性的临界带效应[2]，由于MFCC的计算要经过滤波、取对数、作DCT变换等几个过程，它的运算量要比LPCC参数大，但是MFCC的鲁棒性要强[9]，对于较强的辅音和夹杂噪音的语音都有较强的识别度。王金明等人[3]通过验证发现基于LPCC参数的误识率为10.9%，而基于MFCC参数的误识率为8.8%，此外一阶差分特征参数与原参数组合的系统性能优于非组合型特征参数。

1.3基于声道参数模型的特征参数

基于声道参数模型的特征参数是指能够客观反映说话人声道特性的一类参数，常用的是线性预测倒谱系数及其派生参数（反射系数、对数面积比系数、自相关系数、线谱对参数等），线性预测倒谱系数及其派生参数能够有效表现声道特点，是最有效的语音特征参数之一[11]。线性预测倒谱系数（LPCC，Linear Prediction Cepstrum Coefficient）[4] LPCC是由LPC系数推算得到的倒谱系数，相对于LPC来说能够较好地排除说话声发音时的过激信息，通常只需要几十个倒谱系数就能够描述说话人语音的共振峰特性，能够客观地表现声道的发声特性。LPCC的推算流程如图2所示。线性预测方法是建立在语音信号的相邻采样点之间具有很好的关联性的基础上的。研究表明不同人之间的相应特征之间的距离要大，而同一人相应特征之间的距离要小。

图2 LPCC参数的推算流程示意图[12]

宁飞[5]经过对LPCC的数据进行详细分析，发现LPCC倒谱参数其实并不能完全表现不同说话人声音之间的特异性，倒谱参数的前五分之一反映的是说话人的声道特性，不同人之间差异度较小，不宜用于说话人识别，而倒谱参数的后五分之一主要反映说话人的声门特征，个体特异性显著，这类参数可以用于说话人识别。

由于单一特征法通常不能完全反映说话人的个人特征，多种特征参数融合的方法应运而生。多特征法是融合多种语音特征参量进行话者识别的方法，多特征融合的方法是在单特征法的基础之上发展起来的，算法和框架的设计都要更为复杂，但多特征融合的方法对于文本无关的语音识别准确率要明显高于单特征法。例如朱坚民等[6]提出了将MFCC特征和1/3倍频程特征作为说话人语音的特征参数，设计并实现了利用贝叶斯网络进行话者识别的方法，50人的样本库正确率可达100%。流程如图3所示：

图3 基于贝叶斯网络的话者识别方法流程图[6]

2话者识别的模型

2.1模板匹配模型

模板匹配是一种比较传统的相似度计算与匹配方法，广泛用于语音、图片、文字和符号等各种模式识别领域。模板匹配的步骤：首先进行特征矢量的归一――即从样本语音库中提取出所需要的特征矢量，然后在测试阶段用同样的处理方法从待测语音中提取特征矢量，并与之前提取的样本特征矢量进行比较，进而得出识别结果。在模板匹配方法中可以使用多种距离测度，常用的是马氏距离和欧氏距离两种。[13]～[14]总体来说，模板匹配方法抗噪能力较弱，上述两种距离测度的变化会改变说话人的特征参数，最终导致识别率下降。

2.2矢量量化模型

在图像压缩和语音压缩等领域中矢量量化模型使用得比较多，它是将说话人语音中若干连续的特征参量取值分成一组，每组包含N个参数，这样就能够实现用N维向量表示一个说话人的语音特征的目的[15]。同样，矢量量化模型也分为学习和推理两个阶段：矢量量化模型学习时使用的是类聚算法，把M个说话人的语音特征参数类聚成M类，得到M个码本矢量；推理时先用同样的方法得到待测说话人语音的特征矢量，然后将这说话人的特征矢量与原有的M个码本矢量最小距离进行累加，将累加和最小的说话人作为识别结果。图4是一种基于VQ矢量量化模型的话者识别系统示意图。使用矢量量化模型的优点是数据量少、训练时间短，可以通过量化长时语音特征参数统计信息来达到识别说话人的目的，同时还可以有效地进行数据数据压缩从而提高识别效率。

图4 基于VQ矢量量化模型的话者识别系统示意图[16]

2.3隐马尔科夫模型（HMM）

隐马尔科夫模型（Hidden Markov Model）是使用描述状态间转移来描述特征变化过程的一种模型，人们在说话时发出的语音特征是随着时间不断变化的，因此用隐马尔科夫模型来描述语音的动态特征是可行的。在做测试时，将待测语音作为观察值，把样本语音模型作为隐含状态，测试待测语音在每个样本语音模型下的条件概率，取条件概率最大的那个样本语音模型作为待测语音模型识别结果。图5是基于隐马尔科夫模型的话者识别系统示意图。

图5 基于HMM的话者识别系统示意图[17]

2.4高斯混合模型（GMM）

用高斯定理的来分析说话人语音，每个人的语音特征在所有特征空间里都有一个特定的分布状态，这也和司法鉴定领域中关于语音的特异性的描述相一致，因此可以用语音特征的这种独特的分布来描述说话人的语音模型。高斯混合模型（Gaussian Mixture Model）将说话人语音特征的高斯分布进行线性组合，用这种组合的形式来表示不同说话人的语音特征在语音特征空间中的独特分布状态，将最能产生测试语音特征的高斯分布模型所对应的样本语音作为识别结果。在训练过程中，为每个人的语音建立一个模型，对每个人的特征分布状态进行统计，当所有训练结束后，保存每个说话人语音所对应的线性组合参数；在识别过程中，将待测语音与样本语音的参数进行比对，求出每个样本语音与待测语音对应的似然函数，将最大似然函数所对应的说话人作为识别结果[18]。基于混合高斯模型的话者识别系统的大体工作流程如图6所示。

图6 基于GMM的话者识别系统示意图

2.5人工神经网络模型

虽然参数模型和非参数模型方法都已经在文本无关的话者识别技术中有所应用，然而目前来说这些方法与人脑识别的效果差距依然是很大的。人工神经网络模型是指参照人脑神经元思考问题的工作模式而建立的一种数学模型，使用这种模型能够在一定程度上模拟人脑进行话者识别的过程，因此人工神经网络模型为话者识别尤其是文本无关话者识别提供了一个新的、有效的途径。人工神经网络模型应用文本无关的话者识别技术领域中通常有两种形式：一种是前向神经网络，另一种是多层前向神经网络。前一种结构、分类相对简单，因此应用范围相对较广；而后一种网络的原理是将单个神经网络进行组合得到一个级联神经网络，例如BP型神经网络和RBF型神经网络，多层前向神经网络的话者识别系统具有较高的识别率，因此也逐渐应用到了文本无关的话者识别领域[19]。基于人工神经网络模型的话者识别系统采用相似程度来度量识别结果，陈全今等[10]引入对数似然率（LLR，Logarithm Likelihood Ratio）的概念，对检材和样本的相似程度进行评分，具体方法是定义对数似然率

[LLR=lnP（EHP）P（EHd）]

其中E表示语音检材语音与样本语音出自同一人的后验概率；、分别表示将检材语音与样本语音出自同一人的先验概率，陈金全等将LLR的评分分为10个档次，对应10个不同的结论，如表1所示。

表1 LLR评分的分档

使用LLR的优点在于不仅能够通过分档量化得到检材与样本的相似或者差异程度，同时能验证LLR是否适用既定的检材和样本。

目前基于人工神经网络模型的文本无关话者识别方法所面临的难题在于，神经网络的结构会随着待识别人群数量的变化而变化，分类器设计也要随着反复的训练过程不断改变。而且基于人工神经网络模型的说话人识别系统的训练时间会随着待测人群数量的增大而呈指数增长的趋势，所以从理论上来说，当待测人群数量增大到一定数量级时，这样的系统无法在可接受的时间之内完成话者识别任务的训练过程。解决这一问题的方法在于实现大功能的神经网络分解成若干个子功能的小神经网络，再将这些小神经网络组合起来从而实现大网络的功能。

3 结语和展望

基于文本无关的话者识别系统应用前景广阔，单一特征参数法往往难以完全反映说话人的个人语音特征，因此目前研究的重点在于多种特征相结合的方法。文本无关的话者识别技术的难点在于它对提取参数要求很高，不能局限于表征个体单方面的特征参量，因此要形成一个有效、可靠的多特征结合的系统是当前研究的难点之一。此外，国内外诸多研究表明，语句的长短对文本无关话者识别性能有较大的影响，无论采用多少个不同类型的参数，只要能从足够长的语音中提取语音特征参数，总能实现一个较高的识别率。

参考文献：

[1] 王英利，声纹鉴定技术[M]群众出版社，2013：174.

[2] Rabineer L R，Juang B H.Fundamentals of Speech Processing and recognition[M].Prentice-Hall，1993.

[3] 王金明，张雄伟.话者识别系统中语音特征参数的研究与仿真[J].系统仿真学报，2013（9）.

[4] 余良俊、张友纯，基于LPCC的话者识别系统[J].科技资讯，2007（31）.

[5] 宁飞.说话人识别的几种方法[J].电声技术，2001（12）.

[6] 朱坚民，张雷.基于声音多特征贝叶斯网络融合的话者识别研究[J].仪器仪表学学报，2013（9）.

[7] Sambur M R. Selection of Acoustic Features for Speaker Identification[C]. IEEE Trans On ASSP， 1975： 176-182.

[8] Rabineer L R， Juang B H. Fundamentals of Speech Processing and Recognition[M]. Prentice-Hall， 1993.

[9] 李霄寒.高阶MFCC的话者识别性能及其噪声鲁棒性[J].信号处理，2001（4）.

[10] 陈全今.基于LLR的声纹识别应用研究[J].海峡科学，2014（9）.

[11] 李邵梅. 文本无关短语音说话人识别技术研究[D].信息工程大学，2011.

[12] 蒋晔. 基于文本无关的说话人识别技术研究[D].南京理工大学，2008.

[13] 邓浩江，王守觉，邢藏菊，等. 基于聚类统计与文本无关的说话人识别研究[J]. 电路与系统学报，2001（3）：77-80.

[14] 岳喜才，叶大田. 文本无关的说话人识别：综述[J]. 模式识别与人工智能，2001（2）：194-200.

[15] 刘芮杉. 与文本无关的语种识别技术研究[D].电子科技大学，2013.

[16] 林江云. 文本无关说话人识别系统研究[D].厦门大学，2008.

[17] 张庆芳，赵鹤鸣. 基于改进VQ算法的文本无关的说话人识别[J]. 计算机工程与应用，2006（10）：65-68.

[18] 张炜，胡起秀，吴文虎. 距离加权矢量量化文本无关的说话人识别[J]. 清华大学学报（自然科学版），1997（3）：21-24.

化学反应的基本特征篇3

关键词：化学方程式 教学 解析 策略

前言

化学方程式是化学的一种特殊语言，在化学方程式中蕴涵许多信息，如：化学反应中的各种数量关系、反应条件对反应过程的影响，它是反应可行性的判断依据、辨析基本概念和基本理论的依据。化学方程式有助于学生理解化学反应的实质，同时掌握物质的化学性质。些信息的提取和整合又为解决化学问题提供了思路。充分发掘化学方程式中的信息要素，能够使学生正确书写化学方程式，提高学生的化学水平。在教学实践当中结合教学理论，改进教学策略，优化知识结构，能够提高学生的认知水平，领悟学习化学的思想方法，最终提高化学教学效果.

1对化学方程式的认识与解析

化学方程式是一种符号语言，符号是它的表象特征。学生必须认识它的具体意义，掌握基本概念，结合具体物质及具体反应去认识它、研究它，才能理解化学方程式所蕴含的意义，从能够而加强理解和记忆。

化学方程式是一种解释化学现象，解决化学问题的工具。工具性是它的典型特征。主要表现是：它能够表述规律性化学原理；解释化学现象。人们能够利用化学方程式进行量化表达和计算，设计简单化工反应流程等等。在高中化学教学中，我们可以利用化学方程式的工具性结合化学反应实用性，提高化学教学的质量，享受化学学科的魅力。

化学方程式具有选择的多样性和思维的立体性特征。选择的多样性是指化学反应会随着反应条件（反应物浓度、反应物的量比关系等）的变化结果随之改变，思维的立体性是指化学反应可以多层次、多角度的理解分析。因此，在高中化学教学中，要依据化学的基本知识、基本原理及知识结构特点，分析学生的认知水平和心理特点，在此基础上，培养学生的概括、分析综合、比较及联想的能力，提高学生思维的灵活性、独立性、深刻性、广阔性、批判性，优化思维品质。

化学方程式的这些特点和属性决定了我们高中化学教学中要根据实际情况选择合适的教学策略。

2高中化学方程式教学策略

2.1 在教学实践中培养学生的实验实践意识

在高中化学方程式教学过程中，利用化学实验帮助学生构建化学方程式的知识，化学反应能通过反应的现象表现出来，具有直观性的特点，学生在观察现象的过程中体会化学反应的本质，从而理解化学方程式的属性和特征。在设计化学实验教学环节时，尽可能先易后难、先简单后复杂，逐步深人的进行。教师利用实验的实践过程，引导学生的思维活动，通过认识化学反应的实质有效地提高学生学习的兴趣和效率。例如：进行铁与氯化铜反应的化学实验。过量的铁粉与氯化铜发生置换反应，得到金属铜和氯化亚铁；同时，铁粉与剩余的氯化铁溶液反应，把混合溶液全部转化为纯净的氯化亚铁溶液，此反应过程得到方程式：Fe+CuCl2FeCl2+Cu。由于加入过量的铁粉，所以滤渣中不但有置换出来的铜，还有未反应完的铁；步骤③加入稀盐酸与滤渣中的铁粉反应而除去多余的铁，反应生成氯化亚铁和氢气；得出化学方程式： 2HCl+FeFeCl2+H2。学生在观察实验的过程中总结化学方程式的书写，这个过程既符合学生是教学的主体要求，教师也起到了教学的主导作用。在此过程中，实现了学生是高级知识的构建的新课标要求，同时又培养了学生的科学素养。化学方程式的教学建立在实验的基础上进行。是高中化学教学中最优化的教学策略。

2.2以化学方程式教学内容为载体，培养学生逻辑分析意识

在高中化学课堂教学中，以化学方程式内容为载体，配合恰当的教学方法和手段，是促使学生形成基本逻辑方式的教学途径。高中学生已经具备了一定化学概念、理论性知识、元素化合物事实性知识等的基本理论知识。在此基础上，高中阶段化学方程式的应用对于学生来说基本上拓展原有的知识结构，更新或充实原有层次相对较低的理论内涵，最终达到更深刻、更全面地理解化学反应的知识体系上来。这样，实施以化学方程式为载体的有效教学的关键就在于培养学生用严密的逻辑思维思考问题的习惯。引导学生在分析、比较的过程中，寻找新旧化学方程式的同化点，搭设新旧化学方程式之间的“桥梁”。学生通过一系列的学习、探究，能够更进一步的理解、认知化学方程式的规律和本质。从而，提高了学生思维的深刻性。以化学方程式为载体的教学策略提供了有针对性的感性材料，完全可以说明在典型、正确、丰富的感知基础上，引导学生逻辑地进行分析、综合、比较、概括，最终能够达到理解新化学反应方程式的本质，运用新化学反应方程式规律的教学目的。

另外，根据化学反应类型进行化学方程式教学的策略（即运用分类的教学策略），同样能够培养学生的归纳、综合及概况能力。例如：在众多反应类型中，氧化还原反应是高中重点学习的内容，这部分内容理解起来有一定的难度，在教学的过程当中按类型进行教学是很有必要的。氧化还原具有较强的规律性，包括价态律、守恒律、强弱律等。因而要注重从物质的结构分析物质具有的性质入手，从从物质中元素价态的变化规律及实验总结出反应的产物；从实验、对比中归纳氧化还原性的强弱。在化学反应方程式教学中，教师要擅长在丰富、典型、正确的感知基础上逻辑地进行分析、综合、比较、概括，从而达到理解和运用新化学反应的本质和规律之目的。

结束语

在理论与实践的结合中形成的策略，才具有指导性和操作性。而高中化学课程教学也非几种策略的简单运用就能做好，我们只有在新课程标准理念的指导下，根据学生的认知特点、记忆心理特点，结合学科教学特色与内容，创造性地指导学生，才能最大限度地提高化学方程式教学的质量，为学生终身学习奠定基础。

参考文献：

[1]鲍农农.高中化学方程式教学的解析与策略[J].河北理科教学研究. 2008,0.

[2]沈庆焉.浅析实验教学在高中化学教学中的重要性[J]新课程学习(下)..201.07.

化学反应的基本特征篇4

笔迹检验是文件检验技术的一种，它是通过对可疑笔迹和嫌疑人的笔迹进行比较鉴别，确定是否为同一人的笔迹，或确定检材是否为某人书写的一项专门技术。其任务就是要运用多学科的知识和专门的检验技术要领，根据侦查和案件的需要，对案件中以文字、阿拉伯数字和标点符号等为表现形式的笔迹进行鉴别和判断，以查明案件真相，“锁定”犯罪事实。下面以一起职务犯罪案件笔迹检验来浅析笔迹检验技术要领。

[基本案情]2011年10月，钟祥市人民检察院在审查钟祥市某工贸有限公司周某、马某涉嫌职务侵占、贪污一案中，办案人员提出周某、马某利用担任公司总经理、副总经理兼会计的职务便利，假借他人名义将公款以应付账款、集资款等名义列入单位财务往来账上，后又假冒他人名义以签名、打领条的方式从账上取走公款20余万元。由于相关证据缺失，庭审时倘若犯罪嫌疑人翻供，法院就会作出无罪判决。为确保案件质量，需对涉案资料（文字证据）进行笔迹检验。

一、检验前的分析

受案后，技术人员首先对送检涉案检材进行了初步分析，发现该案检材有以下几个特点：

一是涉案时间长，跨度大。这起案件最早的涉案检材发生在1997年，距今已有14年，两名嫌疑人自1997年10月至2002年3月，先后10余次假冒他人名义以签名或打领条的方式从账上套取公款，作案期间长达5年之久。

二是涉案人员多，分布广。该案检材反映涉案嫌疑人10余人，被假冒他人签字的19人，虚构人名的8人。因时间久远，这些涉案人员分布在全省各地，有的已无法查找到本人。

三是涉案检材多，手段复杂。该案以签名形式套取现金的检材有6份，包括股金利息发放花名册、工资发放花名册和自制付款单等形式，涉及12个人的签名；领条形式的检材有24份，包括领取货款、集资款、退房款和劳务费等形式，涉及文字484个，数字符号119个，并且检材中反映有涂改、添加、重描、临摹和缺损等现象。

四是检材不符合要求，缺乏比对条件。办案人员送检的检材全部系复印件，不符合笔迹检验的要求，客观地讲是不具备检验条件的。在鉴定人员的要求和指导下，办案人员提供了符合检验要求的检材原件。

二、检验经过

针对上述情况，为确保将案件办成“铁案”，技术人员与办案人员进行了沟通，在了解案情和全面收集嫌疑人各个不同时期样本材料的基础上，对该案进行了检验。

一是结合案情，制定有效检验方案。为了确保笔迹检验结论准确可靠，就必须按规定的程序和科学的方法进行检验。在仔细研读案情后，我们根据案件需要将涉案的36份检材对应案情分成12笔进行检验，避免了在工作中出现差错的可能性。

二是科学收集样本，严谨规范制作比对表。为满足检验条件，我们共查阅账册100余册，复印资料200余份，提取同期样本材料300余份；想方设法寻找涉案人员收集案后样本材料，共找到涉案人员10余人、收集案后样本20余份；采用科学的专业方法收集实验样本40余份。在检材和样本材料的收集、整理过程中，我们及时将发现的笔迹特征按一定要求客观记录下来，重点发现和寻找检材、样本中的笔迹细节特征，从细微处发现价值较高的笔迹特征。通过扫描仪将检材和样本材料输入计算机设备中，运用光影魔术手、Word等软件进行编辑，调整好色阶、对比度、色彩和图形大小。使用能全面反映检材和样本全貌及细节特征的方法，制作特征比对表78份，使其在形式上和程序上更加科学、规范。

三是综合评断，作出科学检验结论。我们会同省院文检专家，采用VSC6000文检仪和显微镜观察，按照正常笔迹和伪装笔迹的检验方法，对相关笔迹进行检验。从书写水平、书写速度、字形字体、字的大小、单字的起收笔动作、笔画搭配比例、运笔方向、阿拉伯数字和标点符号等细节特征方面寻找差异点，进行比较和综合评断，科学地作出了12份鉴定结论。这12份文件检验鉴定书作为该案的关键性证据，在案件审理中全部被法院采信，为案件判决起到了至关重要的作用。

三、笔迹检验要领

总结该宗案件的检验鉴定，笔迹检验主要把握以下几点要领：

一要仔细研读案情，做到科学鉴定。根据笔迹检验原理，一个人的书写习惯在其自身同一中包含着差别和变化，同时也包含着与他人书写习惯之间存在不同程度的相似之处，加上书写活动本身随意性较大，案件中的情况又各不相同，这就使笔迹检验工作相当复杂，因此笔迹检验就必须按规定的程序和科学的方法来进行。为了确保检验结论准确可靠，技术人员必须了解案情，特别是要了解检材的形成过程和收集样本的手段与方法，了解嫌疑人书写方面的情况，犯罪目的和动机。如该案周某、马某系情人关系，公司长期处于二人控制下，在国企改制过程中，为了侵吞国有资产而利用职务便利实施犯罪行为。因此我们分析作案者实施犯罪时的心理状态一定是有恃无恐，自信不会被发现。通过全面细致地了解案情，发现该案嫌疑人在实施犯罪假冒他人书写时，相同字、相同偏旁间的特征反映基本一致，书写水平前后一致，文字布局、搭配比例、运笔形态自然合理，基本上未改变自己的书写习惯。

二要吃透检材，充分收集样本材料。检材和样本材料的质量对案件鉴定十分重要，只有高质量的检材和样本材料，才能为科学准确的鉴定结论奠定良好的基础。移送的检材要进行核实和确认，确保真实可靠并对其负责。不能将甲的笔迹材料当作乙的笔迹材料，张冠李戴，更不能将检材与样本材料弄颠倒。样本的真实与否，直接影响到鉴定结论的准确性，很多错误的鉴定，都是与样本材料不真实或弄错了样本材料有关。为此我们必须细致分类清理检材与样本，确保收集的材料真实可靠。

笔迹检验的样本材料原则上应为同期样本。收集的样本材料要有可比性，样本不但要有足够的数量，还要有很好的质量，要具备与检材进行种类认定和同一认定的基本条件，如果样本与检材没有可比性，则无从检验。收集的样本材料一定要得到有关部门或双方当事人的认可，并由有关单位或当事人形成书面材料盖章或签字，以免给鉴定工作带来影响。收集的样本材料要全面、充分，要有足够的数量，这样才能更多、更好地暴露出被鉴定人的特性、特征，鉴定人才能够全面利用这些特性、特征，从中找出一定的规律，以便更全面地与检材进行比较检验，从而得出科学准确的检验结论。

三要正确区分正常笔迹和变化笔迹的特点。正常笔迹是在正常的书写环境、正常的书写条件以及正常的心理生理状态下书写的笔迹材料。正常的笔迹书写水平前后一致；文字布局、搭配比例、运笔形态自然合理；书写水平与语文水平基本适应；相同字、相同偏旁间的特征反映基本一致。如马某的笔迹书写速度均较快，书写自然无伪装，涉及“领”“到”“现”“整”“款”等单字笔迹在文字布局、字形字体、偏旁部首、书写水平等特征上反映基本一致。

变化笔迹是在反常的书写环境、反常的书写条件以及反常的心理生理状态下书写的笔迹材料。变化笔迹有两种：一种是自然变化笔迹，即由书写环境、书写条件或书写人生理因素特殊等客观原因引起的笔迹变化；如收集贾某案后样本时，贾某的笔迹因生理变化引起的抖动弯曲现象。另一种是书写人心理上的特殊而采用某种手段引起的笔迹变化，是主观因素造成的，是书写人故意伪装的结果。如在看守所提取周某实验样本时，因周某意识到办案人员意图，书写时故意伪装真实笔迹，运笔反常，笔画不适当的拉长缩短，文字布局混乱现象。虽然不同的原因造成的笔迹变化的特点有所差别，但从总体来看它们都反映书写水平前后不一；书写水平与语文水平相矛盾；相同字、相同偏旁间的特征反映不一；文字布局混乱、搭配比例失调；运笔反常，笔画出现不适当的拉长缩短，笔画的书写生涩呆板，并伴有停顿、重描、弯曲、抖动及拖带现象；常用字出现错误。在分析物证笔迹时，如果发现有上述现象就应考虑是变化笔迹，并根据不同的特点分析引起变化的具体原因。

四要认真分析选取样本笔迹特征。选取样本笔迹特征的过程一般是由小到大、由浅入深，即先选用总体的大的特征，如文字布局、书面语言、字体字形、书写水平等特征，然后再深入到每个笔画、每个单字的细微末节之处选用单字的写法、笔顺、运笔、搭配比例等特征。为了避免出现遗漏，在选取样本笔迹特征时一般还应以字迹的先后顺序为基本线索寻找确定笔迹特征。

在选取样本笔迹特征时要特别注意去选那些最能反映书写人书写习惯本质的特征，即最稳定和最特殊的特征。同期样本笔迹一般都比较正常，它选取笔迹特征的分析也比较简单。但要特别注意的是对案后样本和实验样本选取笔迹特征的分析，要分析其笔迹特征有无伪装变化及变化的程度如何，以确定它的使用价值。我们选用在看守所提取周某的实验样本时，因周某意识到办案人员意图，书写时故意伪装真实笔迹，使提取的实验样本丧失了使用价值。选用样本笔迹特征要以检材笔迹为依据，要从样本笔迹中找出与检材笔迹特征相同的单字、偏旁部首、文字布局、书面言语和标点符号等特征，并把它们如实的描绘记录在特征比对表的右侧，不管是符合点特征还是差异点特征。对马某的样本材料，我们就是依据检材笔迹，按笔顺，起收笔动作，笔画搭配比例，运笔方向等细节特征，选那些最能反映书写人书写习惯，最稳定和最特殊的特征，来寻找检材笔迹中“领”“到”“现”“整”“款”“元”的单字，“亅”“丩”“兀”“千”的偏旁部首和阿拉伯数字“0”“6”“9”，标点符号“〈〉”的写法，制作比对表进行比对。

五要正确评断符合点和差异点特征的价值。符合点特征的价值在相比较的笔迹中一般都或多或少的存在，要说明相比较笔迹的书写习惯是否同一，仅有符合点特征是不够的，还要看符合点特征的价值，价值高的符合点特征能够说明相比较笔迹书写习惯的同一，因此正确区分符合点特征的价值是作出正确鉴定结论的前提条件。

象符合点特征一样，无论最后结论如何，相比较的笔迹之间都会存在或多或少的差异点特征。符合点特征的价值主要是由特征的稳定程度决定的，稳定的差异是高质量的差异。重复出现的稳定的差异点特征往往反映了不同人的书写习惯，即通常所说的本质差异。虽然书写条件不同、书写速度不同、书写年代不同、字形字体不同以及样本笔迹不足等原因也会形成比较稳定的差异，但这种稳定只是一种假象，不能说明特征的实质。如在鄂检技鉴字[2011]72号鉴定书中JC2011-108-5号领条中书写的“领条”二字稍慢，“退、整”有添加笔画，JC2011-108-11号领条中书写的“杨”和“9”字有添加，重描外，其他笔迹的书写速度均较快，笔迹均书写自然无伪装。我们分析认为，添加或重描现象可能是因书写人书写时笔力较轻或墨水较淡导致笔画不清晰而形成的，不属于故意伪装所致。因此，在确定差异点特征价值时要结合具体的案情和具体的笔迹现象进行分析，看这种差异是否有可能由上述的某种原因所致，从而确定该差异点特征的价值。

化学反应的基本特征篇5

（国防科学技术大学电子科学与工程学院，湖南长沙410073）

摘要：特征选择在BP神经网络算法中起着重要作用，顺序前向选择算法（SFS算法）利用前向搜索叠加的方式，从众多的原始特征中获得对分类识别算法最有效的主要特征，实现样本特征维数压缩。提出一种改进SFS特征选择算法，设计了加权判别函数和测试反馈停止准则。实验证明，改进算法能有效压缩样本特征维数，提高BP 网络收敛速度和正确识别率。

关键词 ：特征选择；SFS；BP网络；收敛速度

中图分类号：TN911?34；TP391.4 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）12?0001?04

收稿日期：2014?12?25

基金项目：湖南省创新基金支持项目（202c26214300674）

0 引言

一个完善的BP神经网络识别系统中，特征选择是不可缺少的一个重要技术环节，它一般处于样本特征数据采集和识别算法两大环节之间，与后续的BP神经网络分类算法的性能息息相关，是模式识别领域研究的核心内容之一。

近几年来，在数据挖掘的机器学习领域所涉及的维数都比较高，所提取的特征不能满足不同类的样本差别较大，而同类的样本差别较小的特点，或者提取的特征彼此相关性很大，并且存在很多冗余的特征。另外，当样本特征维数增加到一定值以后若是再继续增加，反而会导致分类识别算法识别率变差，这些不足严重影响到分类识别算法性能。特征选择的任务就是从原始特征中挑选出对识别算法最有效且数目最少的特征，去除噪音特征和冗余不相关的特征，实现样本特征空间维数的简化，减少识别算法运算复杂度和系统运算时间，提高网络收敛速度。因此，特征选择在BP神经网络算法中起着重要作用。一般情况下，一个完整的特征选择算法包括4个要素：搜索起点和方向，搜索策略，特征评估函数和算法停止准则。

文献[1?4]提出了SFS特征选择的算法，文献[5]提出了基于一种特征判别函数的SFS 特征选择算法，并在BP 网络和向量机识别系统中进行了验证；本文在此基础上，设计了加权判别函数和测试反馈停止准则等改进方法，使特征选择算法更为合理、规范，选出的优秀特征子集更为有效和精简。

1 SFS 算法模型和缺陷分析

顺序前向选择算法（SFS）是一种简单的自下而上的搜索方法[5]，首先把目标特征集初始化为空集合，然后根据所设立的评价规则函数处理原始特征集合中的每一个特征，比较每个特征的函数值，选择其中函数值最大的对应特征加入目标特征子集。然后在保留这个入选特征的基础上重复上面的过程，从原始特征集剩余的特征中循环选择剩余的特征与入选的特征匹配，比较组合特征所得到的函数值，选择与入选特征组合所得到的评价函数值最大的特征加入目标特征子集。按照顺序前向选择方式重复以上的选择步骤，直到维数达到规定的最大维数[6]。作为一种最基本的贪心算法，该算法要求每次选择的特征都能使加入后的新特征子集最优[7]。

具体的算法描述如下：

假设原始特征集有n 个特征，表示为：{fd ，1≤d≤n}，设立特征评估准则函数为：

式中：M 表示样本所含的类别；μi 和μj 分别表示第i 类和第j 类的类内特征向量均值；σi2 和σj2 分别表示第i 类和第j 类的类内方差[5]。

Step1: 将目标特征子集Xk初始化为空，即Xk= ? 。

Step2: 计算原始特征集F ( f1,f2 ,?,fn ) 中每一个特征fd 的函数评价函数值FDR( fd ) ，找到其中最大的函数值FDR( fa ) =max{ FDR( fd ) }，将FDR( fa ) 所对应的特征fa 加入目标特征子集Xk；

Step3：将其余未入选的n-1个特征依次与已入选特征fa 匹配，得到匹配后的组合特征的准则函数值FDR的大小按照升序排序，如果：

FDR(Xk ?{F1}) > FDR(Xk ?{F2}) > ? > FDR(Xk ?{Fn - 1})（2）

则将能使FDR 值最大的特征加入到目标特征子集Xk中，得到更新后的目标特征子集：

Xk = Xk ? F1 （3）

Step4：按照Step3的思想，依次增加能使FDR 值最大的的特征到目标特征子集Xk 中，每次只增加一个特征，直到目标特征子集的数量达到设定的最大的L 值的水平，从而得到更新后最终的目标特征子集Xk。

通过顺序前向选择算法更新目标特征子集，使目标特征子集几乎包含原始特征集中的所有最优特征，更能准确地代表原始特征集，过滤掉大部分的噪声和冗余特征，增加了分类的有效性，算法计算量较小。但是，与此同时，SFS 算法也存在着明显的缺陷：现有的特征评估准则函数公式区分度不够好，还有待进一步完善；传统的算法停止准则是建立在预先凭借经验设立特征子集最大维数，当目标特征子集的特征维数达到预先设定最大维数时停止搜索运算。该种方法武断性强，并没有考虑客观实验数据的差异性，可以进一步根据需要进行停止准则的改进；算法没有充分地考虑目标特征子集已入选的特征与特征之间的相关性。

针对以上问题，需要在原SFS算法的基础上进行必要的改进。

2 改进算法

2.1 SFS判别函数公式加权改进式（1）给出的判别函数FDR 是类与类之间的差异性和类内一致性的比值，FDR值越大表示两类之间的差别性越大。分子μi 和μj 分别表示第i 类和第j 类的类内特征向量均值，(μi-μj)2代表各类别之间的差异性，(μi-μj)2越大FDR 值越大；分母σi2 和σj2 分别表示第i类和第j 类的类内方差，σi2 - σj2 代表的是各自类内的分布一致性。σi2 和σj2 各自的值越小，FDR值就越大。

分母σi2 - σj2 不能很好地表现第i 类和第j 类的各自的类内一致性，还可能出现负数的情况，并且显然没有考虑到各类别的类内方差可能存在个别偏大的情况。因此，可以通过改进判别函数FDR 的公式来解决上述这些问题。改进的判别公式FDR′ 如下所示：

式中：M 表示样本所含的类别；μi 和μj 分别表示第i 类和第j 类的类内特征向量均值；σi2 和σj2 分别表示第i类和第j 类的类内方差[2]，a,b ∈(0,1] 。

式（4）FDR′ 是在原有式（1）FDR 的基础上把公式的分母进行了一些改进。如果想FDR 值很大，就要求公式分母上各类别的类内方差σi2 和σj2 的值都要很小，要求各类别的类内一致性要很高，但是在实际的工程实验时，不能保证所有数据样本类别的类内方差都能符合要求，总是存在少部分类别的类内方差可能偏大。因此，在判别公式分母各类别的类内方差σi2 和σj2 前分别加个取值在(0,1] 的系数，当出现个别类内方差σi2和σj2 过大的情况时，适当地减小相应类别方差系数的取值，这样就能保证判别公式FDR′ 的值很大；另外，将判别公式分母σi2 和σj2 之间由“ - ”变成“ + ”更能准确地表达判别函数的函数值大小与各类别的类内一致性的关系。判别公式要求只有各类别的类内一致性同时很高，即各类别的类内方差σi2 和σj2 的值同时很小，函数值FDR′ 才能最大。综上所述，改进后的FDR′ 判别函数能更好地描述各类别之间的区别性，判别函数FDR′ 值越大，各类别的差别性就越大。判别函数FDR′为选择最优特征组合提供了更科学、更合理和更准确的衡量标尺。

2.2 基于测试反馈的SFS算法停止准则改进

原SFS 算法停止准则是凭借经验预先设置特征子集最大维数，当目标特征子集的特征数量达到预先设置的最大维数时，强行停止搜索运算。这样的停止准则武断性强，没有考虑到实际数据的差异性和实验环境的复杂性，算法的预期效果会受到影响，得到的最优特征子集的有效性和科学性往往会打折扣。针对这个缺陷，本文提出了一种基于分类正确率反馈的SFS算法的停止准则，根据入选特征子集的特征依次用BP神经网络训练所有样本，在测试集上用对应的特征测试，如果在特征选择测试中前后几次的分类正确率差值平均值小于设定的阈值，说明特征子集的测试正确率进入了峰值，可以停止搜索算法。

具体基于分类正确率反馈的SFS 停止准则算法如下：

Step1：设置正确率浮动门限阈值为β0 ，初始化目标特征子集Xk 为空，即Xk = ? ；

Step2：利用SFS 算法依次从原始特征集F ={Fj ,j = 1,2,…,N} 中遴选出与Xk 中特征匹配的判别函数值最大的特征加入特征子集Xk ，得到更新后的最优特征子集Xk ={s1,s2 ,…,sm :1 ? m < N} ；

Step3：将匹配更新后最优特征子集Xk 的训练样本送入BP 网络训练，当训练次数大于500 次时，停止训练，得到与最优特征子集Xk 中维数相对应的m 个训练模型M ={Mode1,Mode2 ,…,Modem} 。将训练模型M 在测试集上得到m 个对应特征的分类准确度R ={α1,α2 ,…,αm} ；用αm ，αm + 1 和αm + 2 分别表示特征子集Xk ={s1,s2 ,…,sm} ，Xk ={s1,s2 ,…,sm ,sm + 1} 和Xk ={s1,s2 ,…,sm ,sm + 1,sm + 2} 时经测试集得到的与Xk 特征维数相对应的BP网络分类准确度；

Step4：如果Max{| a | } m + 1 - ai ,| a | m + 2 - am + 1 < β0 ，算法停止搜索。否则，转到Step2。

基于测试反馈的算法停止准则是将选择的最优特征送入BP网络测试所选特征相对应的分类准确度，并将结果反馈回SFS算法，SFS算法根据反馈的情况决定是否继续搜索。基于测试反馈的算法停止准则更加科学、规范和合理，能根据不同的实验数据采取智能的算法停止策略，泛化性更强，准确性更好，应用性更广泛。

3 实验结果及分析

仿真平台主要利用Matlab软件，针对给定的数据样本建立BP神经网络识别系统，用Matlab语言编写应用程序，通过比较改进前和改进后算法的仿真结果，分析改进算法的优劣，证实了改进算法的可行性和有效性。

为了对改进算法进行检验，保证数据的真实性，实验采用医学显微镜医学检验样本对算法进行了验证，数据库为尿沉渣细胞，共14类，形状、纹理、颜色等特征共90 维，从2 万多个样本中，选出了1 212 个训练样本和151个测试样本。

实验选用3 层的BP 网络结构，输入层节点的数量是根据每个样本提取的维数来确定；中间的隐含层节点数根据经验选择为2×输入特征维数+2；输出层节点数根据分类的数量选择为14，代表14类细胞。这是典型的3层BP神经网络结构。隐含层的激活函数和输出层的输出函数都采用tansig，训练函数选择trainrp函数，输出层传输函数采用purelin，训练步数为500，目标误差精度是0.001。

建立好实验环境后，根据特征选择相应的维数将训练样本送入BP网络进行训练构造与选择最优特征维数相对应的模型，利用特征选择相对应维数的模型对测试集进行测试得到相应的BP识别正确率，其性能曲线如图1所示。图中横坐标表示最优特征选择的维数，纵坐标表示与选择最优特征维数相对应的BP算法识别正确率。图1为原始全部特征、原SFS、改进SFS特征选择维数与相应BP网络识别正确率对比。

如图2 所示是Matlab 程序生成的各类最终识别结果的混淆矩阵，测试样本经过BP网络模型测试验证得到详细的各类别样本的正确识别数据。数据主要分成3部分，分别记录全部特征、原SFS特征选择和改进SFS特征选择BP算法的各类别样本的正确识别率。原SFS和改进SFS特征选择最终选择的最优特征子集的数量分别是40维和42维。各部分表格中加颜色的各区域是各类别样本被正确识别的数量，最右侧一列是各类别被正确识别比例，每个部分的右下角加红的数据是记录各部分算法的平均正确识别率，可以清楚对比地看出3种算法的各类别样本的识别情况。

实验中分别记录全部特征?BP算法、原SFS特征选择?BP算法和改进SFS特征选择?BP算法的最终结果，将各算法数据结果分别在样本特征选择维数、迭代步数和正确识别率进行对比，对比结果见表1。

根据图1 和图2，改进SFS 特征选择的最优特征是42维，比全部特征90维少了38，但是比原SFS算法40维多了2维特征；在正确率的对比上，改进SFS特征选择BP识别率比全部特征BP识别率略低一点，但是比原SFS识别率高。由图2和表1可知，改进的SFS特征选择BP算法的迭代步数是100次，比全部特征?BP网络的迭代步数少20次，比原SFS?BP算法迭代步数120次少了20次；在正确率方面，改进的SFS特征选择的BP算法正确识别率比全部特征?BP算法正确识别率少了0.613 2%，基本接近全部特征?BP算法识别率，比原SFS?BP算法的识别率高0.657 3%。

综上所述，改进SFS特征选择成功缩减了样本特征维数，由全部特征的90维压缩到了42维，过滤掉了大部分的噪声和冗余特征，减小了BP神经网络的运算复杂度，并且基本接近全部特征的BP算法识别率，比原始全部特征BP 算法识别率仅少0.613 2%；改进SFS 算法选择的特征比原SFS 选择的特征多了2 维，但是改进SFS的BP识别率比原SFS?BP识别率提高了0.659 1%，迭代步数也少了20次。综合衡量，不难看出，基于改进SFS特征选择?BP识别算法比原SFS?BP算法和原始全部特征的BP算法更为科学、合理和可行。

4 结语

本文通过设计加权判别函数和测试反馈停止准则等方法改进SFS特征选择算法，充分考虑到各类别样本的类内方差可能存在个别偏大的情况，采取判别函数系数加权的方法来调整类内方差值，又提出了基于测试反馈的SFS算法停止准则，克服了原来的预先设定阈值的缺陷。实验证明，改进算法能有效压缩样本特征维数，提高BP网络收敛速度和正确识别率。

作者简介：朱旭东（1982—），男，吉林双辽人，硕士研究生。主要研究方向为信号处理。

梁光明（1970—），男，湖南涟源人，副教授，硕士生导师。主要研究方向为信号处理。

冯雁（1984—），男，广西贵港人，硕士研究生。主要研究方向为信号处理。

参考文献

[1] MENEGATTI E，PRETTO A，PAGELLO E. Testing onmidirec? tional vision ? based Mont Carlo localization under occlusion [C]// Proceeding of IEEE/RSJ 2004 International Conference on Intelligent Robots and Systems. [S.l.]：IEEE，2004，3：2487?2493.

[2] 计智伟，胡珉，尹建新.特征选择算法综述[J].电子设计工程，2011（5）：45?51.

[3] 姚旭，王晓丹，张玉玺，等.特征选择方法综述[J].控制与决策，2012（2）：161?165.

[4] 李敏，卡米力·木依丁.特征选择方法与算法的研究[J].计算机技术与发展，2013（12）：16?21.

[5] REZATOFIGHIA Seyed Hamid，SOLTANIAN ? ZADEH Ha?mid. Automatic recognition of five types of white blood cells in peripheral blood [J]. Computerized Medical Imaging and Graphics，2011，35：333?343.

[6] PUDIL P， NOVOVICOVA J， KITTLER J. Floating search methods in feature selection [J]. Pattern Recognition Letters 1994，15：1119?1125.

化学反应的基本特征篇6

关键词： 环境化学 纳米ZnO 制备 光催化性能

环境化学实验是环境化学课程体系的重要部分，有利于培养学生动手能力和科研兴趣，具有不可或缺的独特作用。通过环境化学实验教学，一方面可以加深理论认识，培养创造性思维和能力，提高学生的综合素质，另一方面可指导学生将理论运用于实践、指导实践，有利于提高学生分析问题和解决问题的能力。环境化学实验设计应反映新的科研成果，以提高学生的创新能力和科研能力。实验内容涉及化学、材料等交叉学科：材料、化学、环境、能源等，有助于拓宽学生的知识面。

光催化基于半导体材料在光激发下能够产生具有强还原性的光生电子和具有强氧化性的空穴的基本特性，固体光催化剂能吸收太阳光将水和生物质分解成氢气，也能将空气和水体环境中的有机污染物和无机污染物氧化或还原降解为无害物质，因此具有低能耗、绿色的特征，被认为是一种高级催化氧化还原技术［1］。目前，光催化技术已经在环境污染治理领域得到了重要应用，在氢能源开发方面也显示出广阔的发展前景。纳米ZnO是一种可以降解多种有机污染物的纳米级催化剂，特别是在水质处理、有机物分解、农药降解等方面具有重要的应用［2］。特别在环境领域，由于纳米ZnO具有无毒性、光催化活性高、无二次污染等特点，已经成为新兴高效的环保材料。

本文以硝酸锌、三氟乙酸钠为反应物，在900℃温度下制备了氧化锌催化剂。利用现代测试方法如XRD、DRS、FT-IR等手段对催化剂的结构进行表征，并探讨了纳米粒子在紫外光照射下降解有机染料的活性，为有效源头控制有机染料提供了合适的方法。

1.实验部分

1.1试剂和仪器

利斯仪器有限公司）；Avatar360型FI-IR 光谱仪（美国Nicolet 公司）；紫外可见分光光度计（岛津 UV-2450）；X射线粉末衍射仪（D/max2500PC）。

1.2光催化剂的表征分析

X―射线衍射分析在D/max2500PC型X射线衍射仪上进行，Cu靶线，射线管电压40KV，电流40mA；样品的紫外―可见上测定，采用KBr压片。

1.3光催化降解实验方法

以亚甲基蓝（MB）为污染物研究合成材料的光催化活性，实验过程如下：准确称取0.05g的ZnO光催化剂，放入Pyrex反应瓶中，加入100 ml亚甲基蓝溶液，移至光化学反应仪中，在暗反应条件下，磁力搅拌30分钟，使固液界面达到吸附平衡（此时测得的吸光度值为起始值）。温度控制在30℃，并设定空气流量。随后开启光源（紫外光：2×125W汞灯），在一定时间间隔，取5 mL反应液离心数分钟后，取其上清液，用紫外―可见分光光度计在波长664nm处测定MB溶液的吸光度。根据朗伯―比尔定律，溶液的吸光度与浓度成正比。因此可用吸光度代替浓度计2.结果与讨论

经过XRD、IR、DRS表征发现，合成的为高结晶度的纳米ZnO粉体。光催化活性考察表明合成的纳米ZnO具有较高的光催化降解活性。

学生在本实验过程中可以学习纳米ZnO光催化剂的一种水热处理和高温煅烧合成方法，巩固掌握固体称量、液体量取、催化剂洗涤等基本操作，并学习紫外可见分光光度计、红外光谱和DRS的使用和操作方法。学习标准曲线建立的方法。建议用于学生实验的纳米ZnO光催化剂合成最佳条件为:900℃温度煅烧。当催化剂用量为0.5g・l-1，MB初始浓度为10mg・l-1时，对亚甲基蓝染料降解的效果最佳，1h后MB降解率为91％。

光催化技术已经在环境难降解污染物、光解水、光催化杀菌、抗菌等环境保护、卫生保健、清洁能源领域得到了广泛应用。ZnO半导体光催化剂是目前应用较为广泛的环境和能源保护功能性材料之一。本实验可以让学生了解环境污染物控制的新方法，使学生在学习环境化学基础知识的同时，提高环境保护意识，增强环保责任感。

参考文献：

［1］Malato S，Vidal J B A，Richter C.Photocatalysis with solar energy at a pilot-plant scale：an overview［J］.Appl.Catal.B：EnViron.，2002，37:1-15.

［2］Xu F，Zhang P，Navrotsky A，Yuan Z Y，Ren T Z，Halasa M，Su B L.Hierarchically assembled porous ZnO nanoparticles：Synthesis，surface energy，and photocatalytic activity［J］.Chem.Materi.，2007，19：5680-5686.

化学反应的基本特征篇7

孙绪利1，2，3，4许申鸿1，2，3唐建国1，2，3，4王瑶1，2，3，4Laurence A. Belfiore1，2，3，4

（1.国家高分子杂化材料国际合作基地，山东 青岛 266071；

2.青岛大学材料研究所，山东 青岛 266071；

3.省部共建纤维新材料与现代纺织国家重点实验室培育基地，山东 青岛 266071；

4.青岛大学材料科学与工程系，山东 青岛 266071）

【摘要】采用Adler法以吡咯为原料，在丙酸和硝基苯的催化下与苯甲醛缩合成功合成了四苯基卟啉，并对合成工艺进行了优化，研究了反应时间、反应物用量比对四苯基卟啉收率的影响，结果表明反应时间4小时、反应物苯甲醛与吡咯用量比为1.1:1时，四苯基卟啉的产率较高为38%，以红外光谱、氢核磁共振谱、荧光分光光度计、紫外分光光度仪对产物进行了表征。

关键词 四苯基卟啉；合成；表征

卟啉是卟吩环带有不同取代基一类化合物的总称，在生物体中广泛存在且在生理活动中有着重要作用如血红素（铁卟啉）和叶绿素（镁卟啉）[1]。卟啉类化合物具有刚性兼有柔性的大环共轭结构，具有一定芳香性、稳定性好、光谱响应宽、对金属离子络合能力强。近年来，卟啉化学这一具有重大科学意义和广泛应用前景的研究领域吸引了越来越多领域科学家的研究兴趣，如无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、材料化学、医学及生物学等，与之相随的是关于卟啉化合物有关的交叉学科分支正在形成，且取得了许多优异的成果。1967年，Alder[2]提出了用吡咯、苯甲醛合成了四苯基卟啉的经典方法。此方法后处理简单，以甲醇、热水洗涤，目标产物产率较高，目前为止大部分卟啉化合物仍采用这种方法。1991年，郭灿城[3]改进了合成方法以DMF为溶剂，AlCl3为催化剂、苯甲醛、吡咯反应，产率在30%左右，缺点是产物分离困难。本文采用Alder法并加以改进以吡咯为原料，在丙酸和硝基苯的催化下与苯甲醛缩合成功合成了四苯基卟啉。通过傅立叶变换红外光谱仪、氢核磁共振谱仪、紫外分光光度仪、荧光分光光度计对目标产物进行了表征。

1实验部分

1.1主要试剂与仪器

苯甲醛，吡咯，丙酸，硝基苯，JNM-ECP600(日本JEOL公司，600MHz)型核磁共振谱仪、Nicolet5700FT-IR红外光谱仪，紫外分光光度仪（上海佑科仪器仪表有限公司）、荧光分光光度计（美国瓦里安公司）、ME204E电子天平、电热恒温鼓风干燥箱、集热式恒温磁力搅拌器、旋转蒸发仪。

1.2四苯基卟啉的合成

吡咯和苯甲醛在使用前重蒸，分别收集130℃和178℃馏分。根据

参考文献[2]，向配有回流装置、恒压滴液漏斗的三口烧瓶中加入60mL丙酸、20mL硝基苯、3.85mL苯甲醛，搅拌加热，溶液开始回流时即温度约140℃，搅拌下通过恒压滴液漏斗滴入2.1mL新蒸吡咯与15mL硝基苯混合液（约10min内滴完），溶液逐渐变为紫黑色，继续在回流状态下反应4h。停止反应冷却至室温后，加入120mL无水乙醇，放在冰箱中静置过夜。用布氏漏斗抽滤得深紫色固体分别用无水乙醇、水反复洗涤直至滤液为无色，将产物放入真空烘箱内干燥，得紫色晶体。将粗产品溶于氯仿中，用中性氧化铝湿法过柱，氯仿为洗脱液，收集第一个紫色带。收集液经旋转蒸发仪蒸去溶剂后放入真空干燥箱干燥8小时，得到紫色晶体，称量计算产率为38%。

2结果及讨论

2.1合成条件的优化

实验过程中我们发现反应时间对产物产率有较大的影响。按范霍夫规则，提高温度有利于反应速度的加快，而对于较低温度下的反应则可以采用延长反应时间的方法使反应趋向完全平衡。实验过程中我们研究反应时间对产物产率的影响，分别设定反应时间为0.5h、1h、2h、3h、4h、5h，我们发现开始随着反应时间的延长，反应产率逐渐提高，在4小时反应产率最高为38%，之后随着反应时间的延长，反应产率并没有继续提高，由此我们确定了最佳反应时间为4小时。我们还采用不同的配料比来进行实验，研究配料比对产物产率的影响。Alder法合成四苯基卟啉时苯甲醛与吡咯理论用量为1:1，试验过程中固定吡咯的用量，采用苯甲醛与吡咯用量比分别1.5:1、1.1:1、1:1、0.5:1来进行实验。实验发现当苯甲醛与吡咯用量比为1.5:1时，产物非常少，原因可能是生成了其他直链化合物。当苯甲醛与吡咯用量比为0.5:1时，反应基本没有得到目标产物，而是得到黑色焦油状物质，可能是吡咯过量发生了自聚反应。当用量比为1.1:1和1:1时，反应很理想，得到的产物较多，相对来说用量比1.1:1时，产率最高，由此我们实验时将用量比严格控制在1.1:1范围内。

2.2四苯基卟啉的表征

图1为四苯基卟啉的红外谱图，其中3108，3051，3026cm-1处的吸收峰为吡咯环和苯环上的C-H伸缩振动峰，1591，1473，802, 738cm-1等处的吸收峰位苯环及吡咯环的骨架振动吸收峰。在3315 cm-1、968cm-1处为吡咯环的N-H的伸缩振动峰和面内弯曲振动峰，这是自由碱基卟啉结构的特征峰，由此可以断定合成的产物为四苯基卟啉。图2为四苯基卟啉的核磁谱图，其中δH8.83-8.85ppm处为吡咯环上8个氢的共振吸收峰，δH8.20-8.22ppm为四个个苯环邻位上8个氢的共振吸收峰，δH7.73-7.79ppm处的吸收峰为四个苯环间对位上的12个氢的共振吸收峰，δH-2.78ppm为吡咯环上2个氢的共振峰，此为四苯基卟啉的特征峰，表明我们成功合成了四苯基卟啉。

此外我们还分别用紫外分光光度仪、荧光分光光度计对四苯基卟啉进行了紫外和荧光测试。四苯基卟啉的紫外光谱数据体现了卟啉自由碱的特征吸收：电子从高占据分子轨道跃迁到最低空分子轨道，在419nm左右产生一个强的吸收峰Soret带；在500~680nm范围内有4个较弱的吸收峰Q带，并且随着波长的增加，吸收峰的相对强度逐渐减弱，这是四苯基卟啉的特征吸收峰。四苯基卟啉的荧光发射光谱是由分子第一激发单线态S1到S0的跃迁产生，基本上都由Q(0～0)和Q(0～1)两个谱带组成。由荧光光谱数据得知四苯基卟啉在650nm处出现一个强的吸收峰，在710nm处有一个较弱的吸收峰。

3结论

本文采用Alder采用吡咯、苯甲醛法成功合成了四苯基卟啉。反应时间为4小时、苯甲醛与吡咯反应用量比1.1:1时反应产率最高。通过红外谱图、氢核磁共振谱图、紫外谱图、荧光谱图等方法对其进行了结构表征。

参考文献

［1］Barton S D,Ollis W D.Comprehensive organic chemistry[M].Vol.4.London:Pergamon Press,979:231.

［2］Adler A D,Longo F R,Finarelli J D,et al. A simplified synthesis for meso-tetraphenylporphine[J].The Journal of Organic Chemistry,1967,32(2):476-476.

化学反应的基本特征篇8

摘要：

由于城区场景的复杂性和SAR成像几何畸变的影响，基于单幅SAR图像的建筑物高度提取常常存在很大困难。针对这一问题，利用建筑物目标SAR成像形成的叠掩、二次散射、较强单次散射等散射机制对应的高亮特征非常典型，并且对方向性敏感的特点，提出了一种基于双视向SAR图像高亮特征与几何模型匹配的建筑物高度提取方法。首先分析了建筑物目标的SAR图像散射特征及对雷达视向的敏感性，然后构造了建筑物目标在双视向SAR图像上高亮特征几何模型，然后基于灰度均值、灰度概率分布、边界信息定义匹配函数，并利用多种群遗传算法进行优化求解，最终得到建筑物目标的高度信息。基于模拟和机载SAR图像的试验表明该方法的建筑物高度平均反演误差小于1m，可以有效提高建筑物高度反演的精度。

关键词：

SAR图像；双视向；建筑物；高度提取；高亮特征；遗传算法

1引言

合成孔径雷达具有全天时全天候对地观测的优势，在灾害应急［1－2］和城市监测［3］中发挥着越来越重要的作用。自2007年德国TerraSAR－X发射以来，高分辨率SAR图像建筑物目标识别与参数提取成为当前研究的一个热点。城区场景较为复杂，建筑物目标在SAR图像上叠掩、阴影等散射特征通常是不完整的，使得利用单幅SAR图像提取建筑物参数很困难。另一方面，建筑物目标SAR图像特征的方向性很强，在不同方位角成像条件下表现出较强的差异性，融合利用这些特征可以获取更准确的建筑物参数。目前，基于多视向SAR图像的建筑物信息提取已得到广泛研究。Bolter等［4］通过提取多幅SAR图像上的阴影特征并加以组合，检测出建筑物的边界和高度。Simonetto等［5］将不同入射角的图像进行特征级融合以提高边界提取精度，再通过立体成像形成的视差计算建筑物高度。Xu等［6］利用不同方位SAR图像以概率统计的方法进行最大似然估计，获取建筑物几何参数。Soergel等［7］融合正交两个视向的高分辨率SAR图像，并利用叠掩信息进行了建筑物检测和高度反演。Thiele等［8］基于不同视向的高分辨率干涉SAR图像，将不同视向图像中提取的建筑物散射特征进行组合，实现了建筑物参数的反演。Brunner等［9］在单幅高分辨率SAR图像建筑物高度反演的基础上，将两个视向的高度提取结果进行决策级融合作为最终的反演高度。但现有方法要么是对多幅SAR图像建筑物参数提取结果的简单组合，要么涉及复杂的SAR成像模拟和电磁计算，应用效果不佳。针对这一问题，本文通过分析建筑物目标在高分辨率SAR图像上的典型散射特征，发现建筑物目标SAR成像形成的叠掩、二次散射、较强单次散射等散射机制对应的高亮特征非常典型，并且对雷达视向敏感，因此提出了基于高亮特征匹配融合两个视向SAR图像进行建筑物高度反演的方法。首先分析了建筑物目标的SAR图像散射特征及对雷达视向的敏感性，然后构造了建筑物目标在双视向SAR图像上高亮特征几何模型，其次基于灰度均值、灰度概率分布和边界信息定义匹配函数，并利用多种群遗传算法进行优化求解，最终得到建筑物目标的高度信息。最后将该方法用于模拟和机载SAR图像，试验结果表明该方法可以有效实现建筑物高度的反演。

2建筑物目标

SAR图像散射特征与高亮特征几何模型

2．1建筑物目标SAR图像散射特征分析建筑物在SAR图像上的散射特征可以分为三大类：高亮特征，包括叠掩、二次散射以及尖顶建筑物正对入射方向的屋顶单次散射；中亮特征，包括平顶建筑物屋顶的单次散射；暗特征，主要指阴影。图1是根据SAR图像回波信号组成分析以及SAR成像几何关系，得出的不同方位角成像条件下的典型平顶建筑物目标的散射特征，可以将其分解为墙面基元、屋顶基元、二次散射亮线基元和阴影基元，其中绿线和白线表示墙面形成的叠掩和墙—地形成的二次散射，黄色表示屋顶形成的单次散射，红线表示阴影。这3类特征均包含了建筑物的几何参数，但通过对SAR图像的分析发现，屋顶单次散射在SAR图像上特征不明显，阴影特征由于斑点噪声及周围地物的影响很难保持几何的完整性，因此高亮散射特征是相对较为稳定的特征，适用于建筑物参数的提取。从图1还可以看出，建筑物目标散射特征对方位角非常敏感，同一建筑物目标在不同方位角下的散射特征表现出很大的差异性。

2．2建筑物目标SAR图像高亮特征几何模型图2为一平顶建筑物目标ABCH－DEFG经过投影后在二维SAR图像空间中的成像特征示意图。为了定量描述该成像空间中的建筑物，定义一组参数进行表征，表示为MB＝｛x0，y0，l，w，h，φ，θ｝，其中x0＝xB，y0＝yB，xB和yB分别为角点B的坐标，l、w和h分别为建筑物长、宽和高，φ为建筑物的方位角，定义为建筑物长边与距离向的夹角。

2．3双视向SAR图像高亮特征几何模型图3（a）是建筑物目标在双视向SAR成像空间中的示意图（这里以左右视向为例），假设传感器分别是SAR1和SAR2。由于SAR是侧视成像，建筑物只有一侧的边界朝向SAR，即正对着SAR的一般只有一条或两条边，而背向SAR传感器的边在SAR图像上是缺失的。假设SAR1朝向建筑物的BC和BA边，入射角和方位角分别为θ1和φ1，并且由角点B表示建筑物位置，则在SAR1照射下，建筑物可以表示成Q1＝｛xB，yB，l，w，h，φ1，θ1｝；假设SAR2朝向建筑物的HC和HA边，入射角和方位角分别为θ2和φ2，并且由角点H表示建筑物位置，则在SAR2照射下，建筑物可以表示成Q2＝｛xH，yH，l，w，h，φ2，θ2｝。建筑物在双视向照射下的成像模型如图3（b）和（c）所示。其中绿色区域表示高亮灰度特征，主要是叠掩和二次散射；红色区域表示中低灰度特征，主要是屋顶单次散射和阴影。可以看到，建筑物在不同入射角、方位角的条件下成像时，特征的形状有明显的区别，但是均包含了建筑物的几何信息，而且高亮特征始终由两个平行四边形组成（建筑物有墙面正对入射波时，两个平行四边形变换为长方形）。建筑物在SAR1和SAR2照射下的高亮特征模型分别由Q1和Q2表示，而两个高亮模型之间也存在几何关系，以此为依据可以综合运用两个视向的高亮特征模型与SAR图像进行匹配实现建筑物高度反演。

3匹配函数的构建与多种群遗传算法

3．1匹配函数构建匹配函数设计的优劣直接决定了最终参数估计的准确性，在匹配高亮模型与SAR图像时，主要是利用SAR图像中高亮特征与周围区域的灰度差异，将生成的模型向外膨胀5～10个像元作为模型的周围区域，当模型与SAR图像中的高亮特征区域实现匹配时，模型周围区域包含像元与模型内部像元存在明显的差异。本文用M0表示灰度均值差异，M1表示基于Hellinger距离的灰度分布差异，M2表示模型边界信息，分别定义为：（1）灰度均值差异M0。高亮特征的灰度与周围区域有着显著差异，因此可以利用灰度均值的差对匹配效果进行评价。

3．2基于多种群遗传算法的匹配函数优化匹配函数确定后，建筑物高度反演问题便转化为匹配函数的优化问题。建筑物的长、宽、方位角息相对容易提取，因此本文用已发展的算法先提取建筑物的这些信息［11］，然后利用本文方法重点研究建筑物的高度提取。由于匹配度函数由多个参数进行表示，在对参数进行搜索时具有一定复杂度，传统的精确优化算法、近似优化算法可能无法进行直接求解。随着优化理论的发展，一些现代智能优化算法被提了出来，并得到了迅速发展和广泛应用。遗传算法是现代智能优化算法中应用最为广泛的算法之一，对于一些非线性、多模型、多目标的函数优化问题，均可以得到较好的结果［12］。多种群遗传算法能较好地克服一般遗传算法的早熟收敛等问题，因此本文用来进行匹配函数的优化求解。

4实验结果与分析

4．1基于模拟SAR图像的实验首先利用模拟SAR图像进行试验。假设建筑物长度l＝50m，宽度w＝20m，高度h＝15m。图5（a）为入射角θ＝45°，方位角φ＝45°时的模拟SAR图像，雷达视向为从左到右；图5（b）为入射角θ＝60°，方位角φ＝30°时的模拟SAR图像，雷达视向为从右到左。两幅模拟图像的像元大小均为0．75m×0．75m，并加上了方差0．1的乘性噪声。首先利用文献［11］方法对两幅图像进行配准，计算出两幅图像之间的仿射变换参数T＝（0．8979，0．2917，－0．3028，0．9967，0．9336，22．5572）。由仿射变换参数T和长、宽等参数可以建立两幅图像中建筑物角点之间的关系。利用参数构造模型与SAR图像之间的匹配函数，并用基于多种群的遗传算法进行求解。图6表示每一代最优个体对应的适应度变化曲线。当运行到18代时，精华种群中的某个精华个体保持了10代以上，可以认为得到了最优解。图7为最优解对应的模型与两幅SAR图像的叠加结果，可以看到模型与图像均实现了较好的匹配。求得的最优解为h＝14．87m，与真实高度15m非常接近。除以上视向组合外，本文还利用其他视向组合的模拟SAR图像进行了实验。保持建筑物的长、宽、高不变，改变SAR1和SAR2的入射角和方位角，构造出多种双视向组合进行建筑物参数提试验，表2给出了一些示例。分析表明本文方法反演的建筑物高度平均误差为0．26m，最大误差不超过0．6m。

4．2基于机载SAR图像的实验除利用模拟图像对本文方法进行验证外，还利用机载高分辨率SAR图像进行了验证。实验区位于四川省绵阳市安县，两个视向的机载SAR图像如图8所示，其中图8（a）雷达视向为从右向左，中心入射角为59．5°，X波段，像元大小为0．5m×0．5m；图8（b）雷达视向为从左向右，中心入射角是65．6°，P波段，像元大小为2m×2m。利用文中方法［11］检测出8个特征比较显著的建筑物，分别标记为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7和A8，并给出了长度、宽度和方位角参数。下面先利用建筑物A1对本文方法进行说明。建筑物A1对应的两个视向SAR图像如图9所示。由于两幅图像分辨率不一致，所以同一建筑物目标的图像切片大小存在差别。首先利用文中方法［11］对两幅SAR图像进行配准，计算出两幅图像之间的仿射变换参数T＝（3．2579，－0．3201，0．4906，3．6667，－82．7260，－15）；然后构造高亮特征模型与双视向SAR图像之间的匹配函数，运用基于多种群的遗传算法进行求解。图10表示每一代最优个体对应的适应度变化曲线。当运行到24代时，精华种群中的某个精华个体保持了10代以上，可以认为得到了最优解。图11为最优解对应的模型与两幅SAR图像的叠加结果，可以看到模型与两幅图像均实现了较好的匹配。求得的最优解为h＝12．01m，与手动测量值12．21m非常接近。用本文的算法分别对试验区内的A1～A8共8个建筑物的高度进行反演，并与手动测量的结果进行比较，测量结果如表3所示。可以看出，本文提出的利用双视向SAR图像的方法反演的建筑物高度与手动测量的结果非常接近，平均误差为0．78m。为了与单视向SAR建筑物高度提取结果进行对比，利用分辨率较高的图8（a）进行试验。首先根据建筑物在SAR图像上的高亮特征构造基于单视向SAR图像高度反演的匹配函数，然后利用多种群遗传算法进行求解，得到最大反演误差1．5m，平均误差为1．1m。可见利用两个视向SAR图像可以使建筑物高度的反演误差减小1倍，有效地改善了反演精度。

5结语

化学反应的基本特征篇9

自从开展对经济法的研究以来，法学界关于经济法特征的提法达30余种。（注：参见王晨雁：《试探经济法的弹性特征》，《江海学刊》1992年第2期。）大致说来，可分为以下几类：（1）着眼于处理经济法与相邻法律部门的关系，用划分法律部门的标准作为经济法的特征。如有的教材认为，经济法的特征就是经济法与其他法律部门的不同点。据此，从法律部门的调整对象出发，比较经济法与其他部门法的主体、调整对象、范围、方法等因素，将其相异之处作为经济法的特征。（2 ）着眼于揭示经济法的独特功能，将经济法的某些功能作为经济法的特征。如有人认为经济法的特征是规制性等。（3 ）着眼于划定经济法的范围，以经济法体系的构造特色作为经济法的特征。如有人认为边缘性、综合性、弹性是经济法的特征。（4）泛化的描述。 有些学者借用某些对一般法律特征的表述，认为经济法的特征是威严的约束性、严格的强制性和明确的规定性；有些教材认为，经济法不仅具有一般法律所共有的持续性、稳定性和强制性的特征，而且还有自己的特征，那就是面向经济领域；而有的人把经济性作为经济法的特征。

虽然，关于经济法特征的每一种提法都反映了提出者在明晰经济法的角色方面所作出的努力，而且有的提法也的确体现了经济法的特色，对人们正确理解经济法的科学含义有较大帮助。然而，当前关于经济法特征的研究尚存在一些偏差。

第一，对经济法特征的理解和把握，存在封闭性倾向。任何事物的特征都是在与其他事物的比较过程中显露出来的，经济法也必然如此。要把握经济法的特征，就必须将经济法置于整个法律体系中，将经济法与其他部门法比较，从而归纳出经济法独具特质的一面。比较的对象、角度、方法不同，经济法将显现出不同的特质。而比较的对象、角度、方法等必定是多元的、开放的，故经济法的特征也应该是多元的、开放的。当前的某些关于经济法特征的表述，试图以一种或几种提法替代经济法的特征的整体，这种封闭性倾向不利于对经济法的特征的全方位研究。

第二，对经济法特征的理解和把握，存在空洞化倾向。某些论者论及经济法特征时，并没有明确的目的，而是带有强烈的“形而上学”的痕迹，想当然地罗列所谓的“特征”，而这些“特征”并不是以具体的比较作基础的，内容十分空洞。这种倾向使人们对经济法产生一种玄妙的印象，自然也不会对正确认识经济法产生积极的作用。

第三，对经济法特征的理解和把握存在主次不分倾向。当前，有关经济法特征的某些表述，其名虽然被冠之以“主要特征”、“本质特征”，但不是基于经济法与其他法律部门的比较，有的甚至是民商法等法律部门所共有的。这种倾向造成了关于经济法特征的表述混杂。以辩证的观点看待经济法的诸特征，必定有一些是主要的、关键的、本质的，而其他的则是次要的。哪些特征是经济法的本质特征？这应当联系研究经济法特征的目的来确定。从开始对经济法的研究至今，最关键、最困难的问题是如何科学界定经济法同民商法等相邻部门法的关系，这一直是经济法研究的核心。研究经济法的特征应当为这个核心服务。因而，将经济法与民商法等相邻部门法相比较显露出来的特质才应当是经济法的主要特征。

总之，笔者认为，对经济法的特征应当以开放的态度进行个别性、具体性研究，分清主次，在比较归纳的基础上总结出经济法的特征。

二、经济法具有回应性的表现

从普遍意义上说，法作为上层建筑是经济基础的反映。一方面，法律的内容、性质是由一定的经济基础决定的，一定的法的变更与发展也取决于一定的经济基础的变更与发展；另一方面，法又服务于一定的经济基础，法对其赖以存在与发展的经济基础起引导、促进和保障作用，法对于与其相矛盾的、旧的经济基础加以改造和摧毁。（注：参见沈宗灵主编：《法理学》，高等教育出版社1994年版，第130～133页。）

经济法和民商法等都具有这种反映性。但是，脱胎于传统法律土壤的经济法的这种反映性绝不是仅仅局限于这种普遍意义的反映性的水平，即它已经超越了民商法等相邻部门法的水平而具有鲜明的个性特色。

首先，经济法对现实的经济关系的反映速度更为敏捷。不论是经济法体系已经相对稳定的西方各国，还是正在建构经济法体系的经济体制转型国家和发展中国家，现实经济关系的变动，大到国家整体经济体制的改革，小到国家经济政策的变化以及主流经济学理论的变动都能从经济法的变化中得到反映。这时，经济法或者从立法上发生变化，或者通过司法途径体现出某种变化。其变化的速度十分敏捷，往往与经济关系本身的变化同步，有时甚至超前于经济关系本身的变化。以日本的禁止垄断法为例。日本于1947年颁布了《关于禁止私人垄断及确保公平交易的法律》（以下简称《禁止垄断法》）。该法明确规定对垄断行为和垄断结构予以严格规制，这是美国对日本实施“经济民主化”改造的产物。这种严厉的结构规制一度给日本的经济振兴造成极大困难，于是“经济民主化”的要求让位于经济振兴的需要，法律上的反映即是1949年修改《禁止垄断法》，缓和对大公司持股的限制，放宽对公司合并的控制。随后，日本还制定了两个《禁止垄断法》的适用除外的法规，即《关于稳定特定中小企业临时措施法》和《出易法》，以后关于适用除外规定的范围逐步扩大并与产业政策法相配套促进了日本经济的发展。到了六、七十年代，日本的产业垄断化倾向极其强烈，物价上涨成了一个重要的社会问题。1977年日本修订了《禁止垄断法》，恢复对垄断结构的规制。以上经济法的变动都是及时地反映了日本经济政策的变动。在美国，其反垄断立法虽然比较稳定，但司法、执法的标准和尺度却随着经济政策的变动也发生了灵活的变动，这突出表现在美国司法部等部门先后的几个《横向合并指南》的内容变化中。至于中国的经济立法变动与经济体制改革

的同步关系则更是表明经济法对现实经济关系变动的反映的迅速和敏感。比较而言，民商法等相邻部门法对现实经济关系的变动的反应则迟钝得多。比如，南斯拉夫建立社会主义国家以后一直没有制定新的民法典，旧的民法典除少数与现行法律制度抵触的规范以外仍然得以适用。

其次，经济法反映现实社会关系的范围更广、敏感度更高。不仅经济关系的大的变动会引起经济法的相应变化，而且其他的如政府及其经济目标的变动，社会主流舆论的移转，经济状况的波动，无不会引起经济法某种程度的变化。政府的变化往往意味着经济政策、产业政策的变化，会直接引起某些经济立法的改变。有关经济的社会舆论尤其是一些权威的新闻机构的倾向对经济法变化的推动作用也越来越大。而经济法随着经济状况的波动而变动的情况更是屡见不鲜。各国经济危机时期与经济高速发展时期的经济法的内容往往大相径庭。就连通货膨胀状况、进出口状况等这些细微的经济因素有时也能对一国的经济法产生较大的影响。这种现象若发生在民商法等部门法领域简直不可思议。

再次，经济法与政治联系的紧密程度也远远超过民商法等相邻部门法。政府的更替，政治人物的个人特性，政治利益集团之间的对抗与妥协，以及各种政治性目标都会或大或小地影响国家的经济政策，而各国的经济政策日益趋于用经济法来体现，因而经济法的有关内容及经济执法与司法也会因此受到影响。在中国，自进行经济体制改革以来，政治因素对经济政策的影响作用一直没有消退过。政治体制的状况影响到经济体制的改革和运转，不可避免地影响到经济法的内容和形式，同时也影响到经济法的实施。这是造成我国现行经济法文件数量繁多、抵触多、协调性差的一个重要原因。总之，工具性色彩在经济法尤其是一些具体的经济立法上体现得十分突出。比较而言，民商法对政治的独立性要强得多。1804年制定的《法国民法典》至今已经历近200 年的风云却少有变动即是明证。

最后，经济法对社会经济关系的反作用更为明显。适当的经济法能促进经济发展，不适当的经济法只能阻碍经济发展，效果往往立竿见影。另一方面，当今世界各国日益重视通过经济立法，运用财政政策、货币政策、产业政策等工具有意识地调节社会经济，使其朝着经济法所设定的方向前进。日本在六、七十年代制定了大量的以基本法为主导的产业政策法，对产业结构和产业组织进行规范和调整。例如，1961年的《农业基本法》、《农业现代化资金促进法》，1962年的《石油业法》，1963年的《中小企业基本法》、《中小企业现代化促进法》、《中小企业指导法》及《沿海渔业振兴法》，1964年的《林业基本法》，1966年修正颁布的《中小企业现代化资金促进法》以及1967年的《中小企业振兴事业团体法》等。实践表明这些法律对日本经济的发展起到了积极的推动作用，为日本经济进入20年高速增长期奠定了基础。而民商法等其他部门法对社会经济的影响作用是非导向性、间接性和事后性的。

总之，经济法的反映性在程度上已经超越了民商法等部门法。在此意义上，“反映性”已不能十分恰当地体现经济法的上述特色，因而，笔者主张使用“回应性”一词来表述经济法的这种特征。“回应性”一词源出于当代西方一些法学家的论述。即提倡法律应当具有较强的回应性，使法律能够对社会环境中的各种变化作出积极回应。美国的诺内特等人还提出了“回应型法”的概念，以区别于“压制型法”和“自治型法”。他们认为“回应型法”的法律目的是权能，其合法性来源于实体正义，其规则从属于原则和政策，执法者具有扩大了的，但仍对目的负责的自由裁量权，其法律愿望与政治愿望达到了一体化。（注：参见［美］诺内特、塞尔兹尼克：《转变中的法律和社会》，张志铭译，中国政法大学出版社1994年版，第18页。）可见，经济法的反映性已经在一定程度上达到了“回应性”的要求，用“回应性”来概括经济法在对社会经济环境中的各种变化作出反应时的特征似乎更为贴切。

三、经济法具有回应性的原因

从本质上说，所有的法律都不是绝对稳定的，因为“单单稳定性与确定性并不足以为我们提供一个行之有效的、富有生命力的法律制度。”（注：［美］e·博登海默：《法理学—法哲学及其方法》， 邓正来、姬敬武译，华夏出版社1987年版，第311页。 ）英美契约法巨擘科宾教授终其一生都认为法律不会确定不变，必须符合社会之需要及要求而改变方可。（注：参见杨桢：《英美契约法论》，北京大学出版社1997年版，第4页。）既然如此， 为什么作为部门法的经济法还会具有超越民商法等部门法之变动性的回应性特征呢？

首先，这是由经济法所承担的任务决定的。经济法的任务是规范国家调整社会经济的活动，“以保障国家调节、促进社会经济协调、稳定和发展。”（注：漆多俊：《经济法基础理论》，武汉大学出版社1996年版，第14页。）为完成此种任务，经济法与民商法严格受制于由价值规律所支配的市场机制较有不同，其着眼点不是价值规律在微观经济领域的运用，而是社会经济的整体发展，也即更多地关注社会经济运行的各种具体变动因素对宏观经济的影响。从时间上看，市场机制具有较强的稳定性，而社会和市场中的各种具体变动因素则具有较大的波动性、多变性，针对这些变动因素的国家干预也必然具有多变性。于是，经济法作为国家干预经济的法律表现，体现出较强的变动性也就十分自然了。

其次，这也是由经济法的性质决定的。在公法与私法的分野中，经济法的归属目前学界虽然尚无定论，但多数学者都认为，经济法既有公法性质，又兼具私法性质。从公法、私法概念的提出者乌尔比安的定义来看，公法调整政治关系以及国家应当实现的目的，有关国家的稳定；而私法调整公民个人之间的关系，为个人利益确定条件和限度，涉及个人福利。（注：参见［意］彼德罗·彭梵得：《罗马法教科书》，黄风译，中国政法大学出版社1992年版，第9页。 ）不仅经济法的宗旨体现出公法性质，而且任何一种经济法律关系都体现出国家公权力的存在。然而，经济法的调整手段和途径却又时时与民商法等私法耦合，这就决定了经济法之变动性的程度要大于民商法这类纯粹的私法。因为作为私法的民商法有很多任意性法律规范，在契约自由原则的统领下，民商法主体有很大的自由活动空间，只要不违背民法的基本原则，它们就能以相互间的合意排除民商法的积极介入，因而，民间社会的许多局部的变动都没有引起民商法的变动。而经济法则与此不同，国家作为经济法律关系的一方主体，其权力和义务的运用及承担是不容许任意变通的，社会经济的变化引致旧的经济法的不适应，不能由经济法律关系主体去克服，

而只能通过经济法的变动去克服，这样回应性就不可避免地成了经济法的特征。

最后，在国与国之间，民商立法差别不大，而经济法的差别却十分显著。这是因为由价值规律所支配的市场机制在各国有较显著的共性特征，而各国社会经济的构成及其要素却有较大的差别。前者决定了各国民商立法的基本原则及制度的变动性不会很大；而后者使得各国干预本国经济的目标、手段以及与之相应的经济法都有不同。因而，在不同的国家之间，民商法是共性多于个性，经济法却是个性大于共性，经济法对于地域范围的回应性也就变得十分必要了。

四、经济法具有回应性的意义

（一）实践意义

经济法的回应性特征在立法、执法、司法活动中的意义主要体现在下列几个方面：

1.经济法的非法典化。由于经济法需要及时回应社会经济的发展和变化，所以它就不可能在整体上达到高度的、相当稳定的系统化程度，因而在立法方面，经济法很难表现为法典形式。经济法产生以来，唯一一部名为“法典”的经济法是1964年的《捷克斯洛伐克社会主义共和国经济法典》。但这部《法典》的基本部分是关于各种社会主义组织的法律地位和经济活动以及关于经济债的规范，而有关计划工作、经济管理等方面的内容则几乎没有什么规定，许多经济法问题，仍需专门制定单行的经济法规来加以解决，“无怪乎有些法学家认为它只不过是一个扩大了的经济合同法”。（注：陈汉章：《苏联和东欧社会主义国家的经济法理论》，《法律学习与研究》1986年第3期。）在苏联，以b·b ·拉普捷夫为首的某些经济法学者也曾主张制定经济法典，但最终还是以失败告终。（注：参见［苏联］b·b·拉普捷夫：《经济机制改革的法律问题》， 陈汉章译，《法学译丛》1988年第1期。）在一段时期内，我国经济法学界部分同志也呼吁制定统一的经济法典，动机虽好，但是“缺乏操作性”，（注：刘惊海：《有关经济法学的几个问题》，《吉林大学社会科学学报》1994年第6期。）因而应者寥寥。事实上， 经济法的回应性特征决定了这样一个事实，经济法的法典化是难以达到的。若为提高经济立法的统一化和整体化水平，可以制定原则性较强的《经济法纲要》之类的文件，而各种具体的经济法规则必须以专项、灵活的形式出现，使之符合“短、平、快”的要求，以便对社会经济的变动作出及时的回应。

2.经济法移植必须慎行。经济法由于具有回应性特征，就必须紧密联系各国的实际情况，从各国社会经济的具体实际出发建构各国的经济法体系。对于民商法领域，在国与国之间进行法律移植也许是一种简便可行的立法模式。但在经济法领域，法律移植却存在较大的障碍。例如，第二次世界大战后失败投降的日本在美国占领当局的主导下，直接仿照美国的反垄断法制定了严格的结构主义的反垄断法。事实证明，这样的法律并不适合日本的实际情况，以至于在日本的反垄断法实践中没有出现一个结构规制的案例，日本不得不在旧金山条约生效后自己修改了《禁止垄断法》，淡化了结构主义的色彩，从而才比较适合日本的实际情况。目前，我国在建立社会主义市场经济法律体系的过程中，许多学者“主张更多并加快移植经济发达的国家和地区的法律制度。”（注：苏力：《法治及其本土资源》，中国政法大学出版社1996年版，第3页。）这种主张对民商法等法律部门也许并无危害，但对经济法而言，则不得不需慎重行事，其理由已不言自明。

3.原则性与灵活性结合的必然。“‘法律必须是稳定的，但不可一成不变。’罗斯科·庞德的这句话揭示了一个永恒的无可辩驳的真理。一个完全不具稳定性的制度，只能是一组仅为了对付一时事变而制定的特定措施。它会缺乏一致性和连续性。”（注：［美］e ·博登海默：《法理学—法哲学及其方法》，邓正来、姬敬武译，华夏出版社1987年版， 第311页。）尽管经济法具有较强的回应性和相对较弱的稳定性，但作为一个法律部门，也应当保持一定的稳定性，这是经济法发生效力的基础。回应性与稳定性必须通过某种方式得以协调。实践证明它们可以通过立法、执法、司法过程的精心安排以实现协调。从立法来说，某些基本的经济法律文件的内容应当保持较强的原则性，不宜规定得过细；只有较低层级的法律文件的内容才可以具体化、细致化。这样，原则性较强的基本法律文件与较为具体、细致的经济法律文件配套组成一个体系，可以很好地解决回应性和稳定性二者之间的矛盾。此外，在制定原则性较强的经济法律文件的同时，创设一种较为灵活的执法、司法机制，赋予执法者、司法者较大的自由裁量权，以解决不同情形下的具体法律问题，这也有助于解决经济法的回应性与稳定性之间的矛盾。例如，英国1976年制定的《限制法》，较为原则地规定了限制性协议的定义、种类、处理程序及处罚方式等，对于某种具体的限制性协议是否需要进行登记，是否提交限制法院判决，限制法院是否将之判为违公共利益等问题的处理，授予公平贸易总局长、国务大臣、限制法院等较大的决断权，这使得以法律文件形式表现的经济法保持了较大的稳定性，而经济法对于社会经济的回应能力并没有因此减弱。

（二）理论意义

把握经济法的回应性特征，以更务实的态度从事经济法的理论研究，我们应当重视以下几个环节：

首先，必须立足本土资源，创建有中国特色的经济法理论。经济法的回应性特征决定了经济法理论研究也必须立足本国国情，尤其是立足本国特定阶段的国情。目前，我国的社会主义市场经济不仅不同于以前的计划经济，而且也不同于西方国家的市场经济。在这些不同点当中，对我国经济法和经济法学具有特别意义的是：我国现阶段实行的市场经济是公有制基础上的市场经济，是发展中国家的市场经济，是由计划经济转化而来的市场经济，是压缩发展阶段的市场经济，是民主和法制条件尚不完备的市场经济，是具有东方文化背景的市场经济。（注：参见王全兴：《立足本土资源建造中国经济法学大厦》，《中外法学》1998年第3期，第92～94页。 ）这些本土特性决定了我国国家干预经济的深度、广度、手段、途径都有不同于其他国家的地方。怎样发挥好经济法对我国社会主义市场经济运行的规范和促进功能，从其他国家的经济法实践和理论中找不到现存的答案，只能依靠我国经济法学者们立足现实，研究解决经济法实践中的问题，积极创建有中国特色的经济法理论。

其次，应当与时代同步，追求经济法理论的创新。时代在前进，经济立法也在不断发展，经济法理论研究应当跟上这种发展的步伐，这也是经济法回应性特征的要求。我国法学界自开展经济法学研究以来的20年间，经济法理论的发展十分迅速。80年代初期颇为流行的“大经济法”观念，在今天理论界已极少有再坚持者，这说明经法学界与时代的发展是同步的，这也是经济法理论研究日益兴旺的原因所在。但强调与时代同步，不能仅限于此。为了正确把握经济法的发展方向，我们还要对经济法进行适当的超前研究；否则就会使理论研究永远落在经济法实践发展的后面。

最后，应当跨越多学科，丰富和深化经济法理论。经济法对社会经济现实的回应十分敏捷，其回应的手段和途径也十分丰

化学反应的基本特征篇10

关键词：面向对象 航空影像 建筑物提取 光谱特征

中图分类号：P23 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（b）-0043-02

面向对象信息提取是以对象为基本单位来进行的，其关键步骤有两个：多尺度影像分割（对象生成）和影像信息提取。其中，分割（对象生成）是面向对象信息提取方法的基础，分割结果的好坏直接关系到后续信息提取结果的精度。本文提出的面向对象的建筑物外形提取基本思路是：预处理多尺度分割建筑物特征选择初步提取优化外形。

1 预处理

本文的预处理采用影像融合，随着多种遥感卫星的发射成功，我们有了许多可利用的多传感器、多时相、多分辨率和多光谱遥感影像。遥感影像的信息提取常常要求把多传感器、多时相、多光谱和多分辨率影像进行融合分析，以提取感兴趣的信息。

图像融合的定义可描述为：将传感器获取的图像数据预处理后，采用一定的算法将各图像中所包含的信息有机的结合起来，以产生新的数据，来获得对同一事物或目标更客观、更本质的认识。从而大大提高融合图像的信息含量并使其在特征提取、分类、目标识别以及目视效果等方面更为有效。其优点可以归纳如下。

（1）可靠的数据来源。在有若干传感器不能被利用或受干扰，或某个目标/事件不在覆盖范围内时，至少有一种传感器可以提供图像信息。

（2）增加测量维数，增加了置信度。利用对同一目标的多波段、多时相、多角度的图像数据可以更全面地揭示目标的本质特性，提高目标判别结果的可靠性。

（3）提高了空间分辨率。多传感器孔径可以获得比任何单一传感器更高的图像分辨率。

（4）信息互补。不同的影像传感器由于其观测能力的片面性，不能全面的反映地物的整体信息，将不同类型、不同时相的影像数据进行针对性的融合可以进行信息互补。

（5）改进了系统的可靠性和可维护性，且降低了对单个传感器的性能要求。

通过实验要求及实验所得效果比较，采用本文主成份变换融合法对Quickbird全色和多光谱图像进行融合。

2 建筑物特征选择

建筑物特征选择与提取是在影像分割得到多边形对象基础上进行的，通过分割得到多边形对象并不是最终目的，而是为后续分类提供更多的描述特征，参与影像分类的因子不仅包括对象的光谱信息，还有对象的纹理、形状、拓扑、语义等信息，但并不是特征越多，效果越好，特征提取也是研究的关键。由此，本节重点定量化描述了这些特征，并介绍了特征提取的策略，同时提出并解决了特征选择与提取实现中的关键问题。影像对象包含了丰富的特征信息，它主要包括光谱、几何、纹理等特征。

2.1 光谱特征

光谱特征是所有描述影像对象与像元灰度值相关特征的集合，反映对象的光谱信息。它包括影像对象的均值、均方差、亮度、比率等。

2.2 几何特征

影像对象的形状特征反映了对象的几何特征，形状特征是所有描述影像对象本身形状特征的集合，反映对象的形状方面的信息。它是在提取区域边界点的基础上形成的，计算形状特征的理论基础是根据矢量化后各点的坐标组成的协方差矩阵，即：

其中，X和Y分别是该对象的所有像元坐标（x，y）组成的矢量，var（x），var（y）分别是X和Y的方差，cov（XY）是X，Y之间的协方差。

2.3 纹理特征

纹理在遥感影像分类中占有重要地位，描述纹理最常用的方法有灰度共生矩阵（Grey Level Concurrence Matix，GLC-M）。通过分析与实验，得到建筑物与其他地物对比度较大的有光谱特征和形状特征。所以本文将从光谱特征和形状特征中选择特征参数进行提取建筑物外形。

3 建筑物外形初步提取

本文使用基于模糊规则的分类器进行提取建筑物外形。模糊分类器能够较准确地提取所属类别的对象。选择不同地物最优尺度对原始影像分割而成的多尺度影像是进行地物信息有效提取的前提，它是将固定尺度的影像转换为各种地物对应的尺度影像，使地物在各自的最佳尺度上显示，尺度分割只完成了面向对象影像分析的一部分。要想提取出感兴趣的地物就必须要对影像对象进行分类，研究表明模糊分类器分类影像对象效果较好。一般模糊分类器的设计要考虑以下几方面内容。

（1）模糊特征空间选择，即在众多的特征中选择相对独立的特征组成模糊空间。

（2）模糊分类规则的建立。

（3）模糊集隶属函数（Membership Funetion）的选择及参数调节。

4 实验

本实验应用Erdas做影像融合，Ecognition实现分割提取，Matlab优化提取结果。

首先应用主成份变换进行融合，然后对融合后的影像进行多尺度分割。本实验在进行多尺度影像分割之前，充分考虑了以下几点：（1）分割过程应该生成高度同质的分割区域，分割后的小区域具有最优的可分离性与代表性。（2）由于影像分析问题与给定尺度遥感数据的空间结构有关系，那么分割后对象的平均大小必须与建筑物的尺度大小相适宜。（3）分割过程应该具有普遍性，能适用于多种不同类型的数据与问题；分割成果应该具有再生性等。由于实验数据只有四个波段，所以它们将都参与分割，将权重都设置为1。由于建筑物的特殊性选择异质性尺度为50，同质性的颜色因子和形状因子各取0.5，紧凑度和光滑度也各取0.5，进行分割。

融合后的影像被分割成不同的多边形对象，如何将属于建筑物的对象提取出来呢？这就需要分析研究建筑物的特征。首先建筑物的亮度值在（150.5，184），把这个范围内的地物提取出来形成建筑物的候选区。在候选区中我们发现主要是建筑物和道路两种地物，经过反复实验，区别这两种地物的主要特征是形状特征。在形状特征中，由于建筑物的几何特征，本实验首先选择“矩形匹配”特征；其次根据道路的形状特征，选择“最大方向”特征。所谓的“最大方向”特征是指影像对象的空间分布协方差矩阵中最大特征向量的方向特征。根据这两个特征进一步提取，建筑物外形就基本显现出来了。但是由于图像的光谱范围、建筑物自身附带的其他人造目标（如太阳能热水器）等因素影像，提取出来的建筑物外形并不是规则形状。所以下一步就要进行外形优化。

本实验设计了一个方向为26°，大小9×9的结构元素进行形态学开运算，优化建筑物外形。根据本文提出的方法进行编程和实验，得到的结果图如图1。

5 结语

本文发展了一种面向对象的建筑物外形提取方法。应用多尺度分割技术将具有高空间分辨率和高光谱信息的融合影像分割成不同的对象，依据建筑物特征自定义分类因子，运用模糊分类技术对建筑物外形进行初步提取，最后通过形态学开运算进行结果优化。

参考文献

[1] 唐亮，谢维信，黄建军，等.直线Snakes及其在建筑物提取中的应用[J].西安电子科技大报，2005，32（1）：60-65.

[2] 宋文涛.基于数字摄影测量的DOM制作与应用研究[J].测绘通报，2010（2）.

[3] 杜金莉.正射影像图的制作与应用研究[J].测绘通报，2009（24）.