基于“双碳”战略的大气环境光学监测技术发展研究

大气环境光学监测技术是一种新型的环境监测技术,可用于监测空气质量、气象、生态等方面,在应对全球气候变化和改善生态环境中发挥着重要作用。本文详细分析了大气环境光学监测技术在“双碳”战略背景下的发展现状及其面临的挑战,并提出了针对性的发展建议,旨在为光学监测技术的进步和“双碳”战略的实施提供参考。

运动物体大气扰流的可视化光学监测方法

建立了对运动物体在大气层内运动引发的大气扰流进行可视化光学监测的方法,包括大气扰流光传输方法、大气扰流光偏折监测方法,以及高精度扰动检出方法三个部分。首先,在分析大气扰流引发光线偏折机理的基础上,研究了大气扰流区光线折射率、折射率梯度和光线偏折传输的计算方法;其次,基于背景纹影成像原理的监测系统各参数对监测效能影响的分析方法;最后,利用"整像素搜索+亚像素定位"的高精度扰动检出方法,分别建立了这三种方法的数学模型并开展了仿真分析。结果表明:该方法为可视化监测航天飞行器返回大气层着陆减速、降落伞动力展开、客机超音速飞行等过程中与大气的相互作用,提供了一种重要的方法与途径,监测结果可为优化气动外形提供数据支撑。

对药物作用下大鼠肠系膜上区域性血流变化的实时动态光学监测

采用激光散斑成像方法,监测了对去甲肾上腺素作用前后大鼠肠系膜上区域性的微循环血流变化。结果表明:在去甲肾上腺素作用下,3min后,肠系膜上微循环的血流逐渐减慢,小静脉比小动脉流减慢得更为明显,5min后部分血管中的血流开始恢复,小动脉恢复速度较快。这些提示,激光散斑成像方法在无需扫描的条件下,可同时获得肠系膜上区域性血流的时空间变化特性,为微循环研究提供一种对区域性流速变化进行监测的新方法。

评估光动力血管损伤的光学监测技术

血管靶向光动力疗法(Vascular targeted photodynamic therapy,V-PDT)已成为临床治疗鲜红斑痣和老年黄斑变性等血管性疾病的重要方法。V-PDT通过主动或被动血管靶向的作用机制诱发系列生物响应以封闭病变血管。本文评述了V-PDT的作用机制和血管生物学响应,重点讨论了用于评估V-PDT中血管损伤的光谱与成像技术,并分析了这些技术的优点和局限性。最后展望了用于评估V-PDT血管损伤的光学技术发展及其应用前景。

“2008年北京奥运会大气环境光学监测”专辑简介

环境光学用于大气环境监测已经有多年的历史。近10年来，我国环境光学监测技术快速发展，不仅在环境光学监测仪器研发方面，而且在环境光学监测技术应用领域也取得了实质性进展。环境光学监测技术已经进入大气环境和污染源常规监测的业务系统，更多的环境光学监测技术在城市和区域环境科学研究中得到应用。在2007年“好运北京”和“2008年北京奥运会空气质量保障”的行动计划中，大规模地采用了环境光学尤其是开放光程监测技术，取得了巨大成功。

热作用过程中生物组织特性变化的光学监测

基于热作用下生物组织特性的理论,描述了最新的理论研究进展,介绍了将光学监测技术用于热致组织特性变化研究的原理与方法,并给出了典型的实验结果;生物组织的散射系数与损伤特性的关联;生物组织的吸收系数对脱水量的依赖性;热作用下血液灌注的光学成像监测。将光电技术用于热作用过程中生物组织特性变化的监测,对进一步完善热疗理论、实现热疗的在体监测具有重要的理论意义与实践意义。

环境光学监测仪器网络化数据管理软件系统设计方案

介绍了一种基于BS和CS结合的架构实现环境光学监测仪器数据管理软件系统的设计,软件综合运用了.Net技术和J2ee技术完成了现场端数采模块和服务器端管理模块两大部分的开发,运用.Net反射机制实现了松耦合热插拔的设备通讯,解决了基于环境光学监测仪器的大气污染气体在线监测系统中多种通讯方式仪器的接入问题。数据管理软件系统实现了对区域内不同安装站点的相关设备运行质控,数据综合管理的目标,最大程度发挥了环境光学监测仪器在大气污染气体监测和治理中的作用。

地球公转轨道危地小行星天基光学监测仿真研究

小行星监测预警是开展行星防御的前提,针对地基望远镜无法监测来自太阳方向小行星的问题,本文论证了地球公转轨道天基光学望远镜任务概念。考虑地球第三体引力摄动,建立了望远镜轨道维持模型;考虑小行星视星等约束和望远镜视场约束,建立望远镜对小行星的可见性模型,评估了地球公转轨道光学望远镜的观测和预警效能。仿真结果表明施加约580 m/s的速度增量可使望远镜6年内的漂移距离相对初始状态不超过6%;对构建的危地小行星数据库,在极限视星等为24的条件下,地球公转轨道光学望远镜在6年内可观测84.5%直径超过140 m的危地小行星,能够对来自太阳方向的危地小行星进行有效预警。地球公转轨道望远镜对危地小行星具有较好的观测预警效能。

大电机滑动轴承磨损的光学监测新方法

指出了滑动轴承劣化虽然可以采用不同的诊断方法,但是实践表明,铁粉粒子分析技术才是能够发现以往不能检测出来的磨损、烧结、疲劳剥离等故障的新方法。为了预防轴承劣化,防患于未然,应当采用采用双色显微镜的图像处理技术和三层神经网络分析方法,并通过轴承磨损粒子来实现自动监测诊断的新技术。这种新方法的应用效果很好,正在推广应用中。

城市大气污染时空分布光学监测技术通过验收

日前，中国科学院安徽光机所承担的“城市大气污染时空分布光学监测技术系统与示范”课题在北京通过了国家高技术研究发展计划（863计划）资源环境技术领域办公室组织的验收。

水电站现场总线光学冗余环网通信链路监测

为及时发现水电站现场总线光学冗余环网通信链路的异常,本文介绍了一种水电站现场总线光学冗余环网通信链路监测方法。通过收集环网各光电转换模块接收端的光电转换功率,依据光学信号对通信的影响确定了正常、告警、故障三个光学质量等级来评估相应链路的光学信号质量;通过主从通信设备互送互检心跳信号实现现场总线各站点的在线状态判断,并在监控画面实时展示该套现场总线光学冗余环网各处链路的实时光学信号质量及等级,展示各通信站点的在线、离线状态。确保水电站工作人员能够以直观的方式评估各段光学链路老化程度,预判故障趋势;在光学链路出现故障时能够快速定位故障点;在相应的通信站点掉线时能够及时收到离线报警。

光学体表监测技术引导的放射治疗应用现状与前景

光学体表监测技术(surface guided radiation therapy,SGRT)是一种在放射治疗过程中对患者进行连续体位监测的无辐射、无创性技术,通过先进的3D光学表面定位及追踪技术,快速获取患者的体表轮廓信息,生成高精度的3D体表轮廓,可在放射治疗期间对患者进行实时监测,保证放射治疗的精准性。SGRT已广泛应用于乳腺、颅内、头颈和四肢等不同部位肿瘤的放射治疗中,其优势在于减少初始摆位误差、实时监测治疗过程,并与呼吸门控和深吸气屏气治疗技术相结合。SGRT还可通过减少锥形束CT的使用进而降低辐射剂量,提高患者应用固定装置的舒适性,提升临床工作效率和安全性等。本文阐述SGRT常用系统及其临床应用,并探讨其局限性和未来发展前景。

光学体表监测系统在乳腺癌改良根治术后放疗中的应用研究

目的利用光学体表监测系统(optical surface monitoring system,OSMS)对颈胸一体架固定下乳腺癌改良根治术后放疗患者进行辅助摆位,研究其对锁骨上下区摆位误差及肩锁关节摆位重复性的影响。方法选取2021年5月至8月于中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院接受乳腺癌改良根治术后放疗的患者32例,通过OSMS辅助摆位,应用“Treatment”功能校正患者手臂等部位位置和身体角度以提高摆位精准性。治疗过程中使用OSMS辅助摆位(OSMS辅助摆位组)和仅使用体表标记线常规摆位(常规摆位组)依次交替进行,将加速器机载锥形束CT(cone-beam CT,CBCT)扫描获取的图像与模拟定位CT图像进行配准,记录患者X(左右方向)、Y(头脚方向)和Z(腹背方向)轴以及3个绕轴旋转方向Rx、Ry和Rz的摆位误差,并分别测量肩锁关节的移动幅度和三维空间位移,对误差值进行分析计算。统计学分析采用配对样本t检验与秩和检验。结果入组32例病例,共行142次CBCT扫描和142次OSMS+CBCT扫描。OSMS辅助摆位组和常规摆位组在X、Y以及Z轴方向上的平移摆位误差分别为(0.17±0.12)cm和(0.21±0.15)cm(P=0.394)、(0.14±0.13)cm和(0.24±0.19)cm(P=0.026)以及(0.13±0.12)cm和(0.19±0.21)cm(P=0.591),在Rx、Ry和Rz方向上的旋转摆位误差分别为(0.60±0.52)°和(0.51±0.52)°(P=0.344),(0.61±0.60)°和(0.75±0.71)°(P=0.195),(0.65±0.62)°和(0.85±0.65)°(P=0.025)。两组肩锁关节的动度ΔX、ΔY以及ΔZ分别为(0.12±0.10)cm和(0.13±0.10)cm(P=0.546)、(0.10±0.13)cm和(0.10±0.12)cm(P=0.565)以及(0.11±0.12)cm和(0.12±0.13)cm(P=0.009);肩锁关节的空间位移分别为(0.16±0.14)cm和(0.17±0.13)cm(P=0.066)。结论应用OSMS光学体表摆位可以减小头脚方向的平移摆位误差,减小肩锁关节在腹背方向的动度和空间位移。

基于光学表面监测系统的深吸气屏气技术的全流程管理及应用

为提高基于光学表面监测系统(OSMS)的深吸气屏气(DIBH)技术的成功率,改善患者的治疗体验,该研究回顾了浙江大学医学院附属第二医院利用该技术治疗6例乳腺癌患者的全流程,并总结了相关的管理和应用经验,以期为同行提供参考。

基于机器学习的光网络监测与优化方法

近年来,许多新型调制和复用技术以及动态网络概念被提出,以适应不断提高的网络带宽和质量需求。网络控制平台向系统化、智能化趋势发展,要求网络管理者不断监测网络各项参数,时刻优化网络状态。然而,大范围部署额外的监测设备获取参数信息从成本控制的角度缺乏可行性,利用已知数据与特殊算法进行网络性能监测和优化是更优的选择。机器学习方法因为其足够准确和高效逐渐被学术界采纳用于完成上述任务。文章梳理了在光网络监测与优化任务中使用机器学习算法的不同应用场景,综述了该领域的研究成果,并提出了现存的基于机器学习的光网络监测与优化方法存在的问题及可能的进一步研究的方向。基于机器学习的光学性能监测包括光学损伤辨别、信道质量评估以及通道功率预测,基于机器学习的网络配置优化方法包括强化学习优化通道功率。进一步研究方向可以考虑加强与运营商的合作,使用真实的现场数据,不断获取数据动态训练模型,并使用迁移学习和数据增强等技术,以保证算法的鲁棒性与泛化能力。

复杂海况下海洋生态环境多维度光学监测方法

针对溢油、赤潮等典型海洋生态环境污染和灾害,传统监测手段在海雾、耀斑、复杂光照等复杂海况干扰下存在“看不远”“辨不出”“认不清”三大难题。通过对比多种光学监测手段的优缺点,提出“光谱+偏振+红外探测”的多维度光学监测方法,梳理了典型海洋目标多维特性生成、传输、获取、处理与识别反演方法的现状与不足,提出了海洋目标多维度光学信息获取机制、复杂海况下多维度光学特性生成机理和传输演化机理、海洋目标多维度高分辨信息解混、重构与增强方法,以及目标识别反演方法等5个重点发展方向,指明了技术路线和解决途径,设计了多维度光学监测系统总体方案。最后,在室外开展了5种溢油种类、2种赤潮优势种的定性和定量化可控试验,利用偏振探测实现了油种的分类和赤潮优势种的区分,这为机载多维度高分辨海洋光学监测系统的深入研究与应用奠定了基础。

水中天然有机物混凝过程的光学在线监测及控制

以腐殖酸为去除对象 ,用光散射颗粒分析仪 (PDA)对水中天然有机物的混凝过程进行在线监测 ,结果表明PDA输出信号 (FI曲线 )的特征值与絮凝体粒径和有机物去除率之间具有相关性 .在弱酸性 (pH =5 0 )和中性 (pH =7 0 )条件下 ,通过合理控制混凝剂投量 ,腐殖酸的TOC去除率可达 5 0 % ,UV2 54 去除率可达 80 %— 90 % ,但pH =7 0时的投量为pH =5 0的 5倍以上 .在pH =5 0的条件下 ,吸附电中和是有机物混凝的主要机理 ,但在混凝剂投量非常高的情况下 ,卷扫絮凝也起重要作用 .在pH =7 0条件下 。

头部肿瘤放疗体表光学监测技术临床应用

目的 体表光学追踪技术可用于放疗中患者位置监测。本研究探讨体表光学监测技术在头部肿瘤放疗中的临床应用。方法 选取2017-11-06-2018-03-30华中科技大学同济医学院附属同济医院肿瘤科21例头部肿瘤放疗患者,在EDGE直线加速器治疗机上,采用发泡胶个体化头枕和热塑面罩实施体位固定,以激光灯和面罩标线预摆位,再调用医学数字成像和通讯(digital image and communications in medicine,DICOM)影像行体表光学系统精确摆位,采集锥形束CT(cone beam CT,CBCT)影像后行此影像与CT定位影像配准,校正后的误差在设定允许误差范围内后,获取体表参考影像定义为Vision RT影像,作为当次治疗体表光学监测参考影像,在加速器出束治疗过程中,行体表位置光学监测,治疗结束行CBCT影像验证。记录各组数据,数据采用配对t检验。结果 以DICOM影像为参考影像体表光学监测结果在X、Y和Z轴平移方向分别为(0.76±0.48)、(0.71±0.43)和(0.69±0.42)mm,旋转方向分别为(0.98±0.47)°、(0.61±0.38)°和(0.67±0.42)°,治疗前CBCT位置验证结果在X、Y和Z轴平移方向分别为(0.86±0.59)、(1.19±0.90)和(0.61±0.55)mm,旋转方向分别为(0.56±0.44)°、(0.63±0.44)°和(0.50±0.30)°,两者在X轴旋转、Y轴平移、Z轴旋转和平移t值分别为7.05、4.97、2.29和2.13,差异有统计学意义,P值分别为0、0、0.02和0.03,在X轴平移和Y轴旋转t值分别为1.4和0.72,P>0.05,差异无统计学意义;治疗过程中以Vision RT影像为参考影像行分次内体表位置光学监测,其结果与CBCT位置验证的结果t值分别为0.04、0.41和0.58,差异无统计学意义,P值分别为0.97、0.68和0.57。结论 体表光学监测性能可靠,无辐射,不增加头部肿瘤患者放疗过程中的辐射剂量,采集Vision RT影像作为参考影像有助于监测头部肿瘤放疗分次内的靶区部位的位置变化。用于指导分次间的摆位有待进一步研究。

超滤膜污染的光学在线监测和阻力分布研究

采用光散射颗粒分析仪(PDA)对截留液中颗粒物的浓度变化进行在线监测,并利用过滤体系中颗粒的质量守恒分析原理,建立了超滤膜污染的光学在线监测分析系统,并分别对截留分子量为1万,5万,10万三种聚醚砜超滤膜过滤高岭土悬浊液特性进行了分析研究。结果分析表明截留分子量越小的PES膜渗透单位体积液体时颗粒沉积量越多,也就是说具有相同沉积量的膜,截留分子量越小其具有的水力阻力越大。论文提出的光学在线监测方法为研究悬浮物质的膜污染提供了一种新的研究思路。

光学振动监测系统在发电机在线监测方面的应用与实践

发电机定子绕组端部在线振动监测是保证发电机安全运行的重要措施,具有很高的技术难度。本文介绍了光学振动测量系统在发电机定子绕组端部振动在线监测方面的发展现状,以及在一台国产200MW汽轮发电机上的实践应用结果。