资本主义三大革命(世界历史)
第一次工业革命:
18世纪60年代--19世纪中期(人类开始进入蒸汽时代)
工业革命不能仅仅归因于一小群发明者的天才。天才无疑起了一定的作用,然而,更重要的是18世纪后期起作用的种种有利力量的结合。除了在强有力的需要的刺激下,发明者很少作出发明。作为种种新发明的基础的许多原理在工业革命前数世纪已为人们所知道,但是,由于缺乏刺激,它们未被应用于工业。例如,蒸汽动力的情况就是如此。蒸汽动力在希腊化时代的古埃及已为人们所知道,甚至得到应用,但是,仅仅用于开关庙宇大门。不过,在英国,为了从矿井里抽水和转动新机械的机轮,急需有一种新的动力之源。结果引起了一系列发明和改进,直到最后研制出适宜大量生产的蒸汽机。
这些有利条件导致一系列发明,使棉纺织工业有可能到1830年时完全实现机械化。新发明中,理查德·阿克莱特的水力纺纱机(1796)、詹姆斯·哈格里夫斯的多轴纺纱机(1770)和塞缪尔·克朗普顿的走锭纺纱机(1779)是十分出色的。水力纺纱机能在皮辊之间纺出又细又结实的纱;用多轴纺纱机,一个人能同时纺8根纱线,后来是16根纱线,最后为100多根纱线;走锭纺纱机也称为“骡机”,因为它结合了水力纺纱机和多轴纺纱机的优点。所有这些新纺纱机很快就在生产出比织布工所能处理的多得多的纱线。有位名叫埃德蒙·卡特赖特的牧师试图矫正这种不平衡状态,他在1785年取得了一种最初由马驱动、1789年以后由蒸汽驱动的动力织机的专利权。这种新发明物制作粗陋,在商业上无利可图。但是,经过20年的改进之后,其最严重的缺点得到了纠正。到19世纪20年代,这种动力织机在棉纺织工业中基本上已取代了手织织布工。
正如纺纱方面的发明导致织布方面相应的发明一样,某一工业中的发明促进了其他工业中相应的发明。新的棉纺机引趄对动力的需要,这种动力较传统的水车和马所能提供的动力更充裕、更可靠。约1702年前后,一台原始的蒸汽机已由托马斯·纽科门制成,并被广泛地用于从煤矿里抽水。但是,比起它所提供的动力来,它消耗燃料太多,所以经济上仅适用于煤田本身。1763年,格拉斯哥大学的技师詹姆斯·瓦特开始改进纽科门的蒸汽机。他同制造商马修·博尔顿结成事业上的伙伴关系,博尔顿为相当昂贵的实验和初始的模型筹措资金。这一事业证明是极其成功的;到1800年即瓦特的基本专利权期满终止时,已有500台左右的博尔顿-瓦特蒸汽机在使用中。其中38%的蒸汽机用于抽水,剩下的用于为纺织厂、炼铁炉、面粉厂和其他工业提供旋转式动力。但是,蒸汽机的顺利发明也离不开当时的自然环境于社会因素,早在公元前120年,古埃及就有人曾研究蒸汽作动力。据统计,在此后的一千八百多年里,试用蒸汽作动力的发明者不下二十人,但他们都未制成较为完善的蒸汽机,并广泛运用于生产,于是,有人说:“如果瓦特早出生一百年,他和他的发明将会一起死亡!”由此可见,环境也是十分重要的。
蒸汽机的历史意义,经常被有意识无意识的夸大。它提供了治理和利用热能、为机械供给推动力的手段。因而,它结束了人类对畜力、风力和水力的由来已久的依赖。这时,一个巨大的新能源已为人类所获得,而且不久,人类还能开发倘藏在地球中的其他矿物燃料,即石油和燃气。如此,开始了一种趋向,它导致目前的局面:西欧和北美洲每人可得到的能量分别为亚洲每人的11.5倍和29倍。这些数字的意义在一个经济力量和军事力量直接依赖于所能获得的能源的世界中是很明显的。实际上,有人认为19世纪欧洲对世界的支配是以蒸汽机为基础,但也不应该过分强调蒸汽机的作用,因为19世纪欧洲对亚洲、非洲的征服以武力征服为主。
新的棉纺机和蒸汽机需要铁、钢和煤的供应量增加——这一需要通过采矿和冶金术方面的一系列改进得到满足。原先,铁矿石是放在填满木炭的小熔炉里熔炼。森林的耗损迫使制造人求助于煤;正是在此时即1709年,亚伯拉罕·达比发现,煤能够变为焦炭,正则木头可以变成木炭一样。焦炭证明是和木炭一样有效的,而且便宜得多。达比的儿子研制出一个由水车驱动的巨大风箱,从而制成第一台由机械操纵的鼓风炉,大大降低了铁的成本。1760年,约翰·斯米顿作了进一步的改进;他抛弃达比所使用的、由皮革和木头制成的风箱,用一个泵来代替,这泵由四个装有活塞和阀门的金属气缸组成,并由水车驱动。更重要的是亨利·科特作出的改进,他于1784年发明了除去熔融生铁中的杂质的“搅炼”法。利特把熔融生铁放在一个反射炉里,加以搅动或“搅炼”。这样,通过在熔融体中环流的空气中的氧,除去熔融体中的碳。除去碳和其他杂质后,就生产出比原先易碎的熔融生铁或生铁更有韧性的热铁。当时,为了跟上制铁工业的不断上升的需要,采煤技术也有了改善。极为重要的是蒸汽机用于矿井排水,还有,就是1815年汉弗莱·戴维爵士发明的安全灯;安全灯大大减少了开矿中的危险。
由于这种种发展的结果,英国到1800年时生产的煤和铁比世界其余地区合在一起生产的还多。更明确地说,英国的煤产量从1770年的600万吨上升到1800年的1200万吨,进而上升到1861年的5700万吨。同样,英国的铁产量从1770年的5万吨增长到1800年的13万吨,进而增长到1861年的380万吨。铁已丰富和便宜到足以用于一般的建设,因而,人类不仅进入了蒸汽时代,也跨入了钢铁时代。
纺织工业、采矿工业和冶金工业的发展引起对改进过的运输工具的需要,这种运输工具可以运送大宗的煤和矿石。朝这方向的最重要的一步是在1761年迈出的;那年,布里奇沃特公爵在曼彻斯特和沃斯利的煤矿之间开了一条长7英里的运河。曼彻斯特的煤的价格下降了一半;后来,这位公爵又使他的运河伸展到默西河,为此耗去的费用仅为陆上搬运者所索取的价格的六分之一。这些惊人的成果引起运河开凿热,使英国到1830年时拥有2500英里的运河。
与运河时代平行的是伟大的筑路时期。道路起初非常原始,人们只能步行或骑马旅行;逢上雨季,装载货物的运货车在这种道路上几乎无法用马拉动。1850年以后,一批筑路工程师——约翰·梅特卡夫、托马斯·特尔福德和约翰·麦克亚当——发明了修筑铺有硬质路面、能全年承受交通的道路的技术。乘四轮大马车行进的速度从每小时4英里增至6英里、8英里甚至10英里。夜间旅行也成为可能,因此,从爱丁堡到伦敦的旅行,以往要花费14天,这时仅需44小时。
1830年以后,公路和水路受到了铁路的挑战。这种新的运输方式分两个阶段实现。首先出现的是到18世纪中叶已被普遍使用的钢轨或铁轨,它们是供将煤从矿井口运到某条水路或烧煤的地方用的。据说,在轨道上,一个妇女或一个孩子能拉一辆载重四分之三吨的货车,一匹马能干22匹马在普通的道路上所干的活。第二个阶段是将蒸汽机安装在货车上。这方面的主要人物是采矿工程师乔治·斯蒂芬孙,他首先利用一辆机车把数辆煤车从矿井拉到泰恩河。1830年,他的机车“火箭号”以平均每小时14英里的速度行驶31英里,将一列火车从利物浦牵引到曼彻斯特。短短数年内,铁路支配了长途运输,能够以比在公路或运河上所可能有的更快的速度和更低廉的成本运送旅客和货物。到1838年,英国已拥有500英里铁路;到1850年,拥有6600英里铁路;到1870年,拥有15500英里铁路。
蒸汽机还被应用于水上运输。从1770年起,苏格兰、法国和美国的发明者就在船上试验蒸汽机。第一艘成功的商用汽船是由美国人罗伯特·富尔顿建造的;他曾前往英国学习绘画、但是,与詹姆斯·瓦特相识后,转而研究工程学。1807年,他使自己的“克莱蒙号”汽船在哈得孙河下水。这艘船配备着一台驱动明轮的瓦特式蒸汽机,它溯哈得孙河面上,行驶150英里,抵达奥尔巴尼。其他发明者也以富尔顿为榜样,其中著名的有格拉斯哥的亨利·贝尔,他在克莱德河两岸为苏格兰的造船业打下了基础。早期的汽船仅用于江河和沿海的航行,但是,1833年,“皇家威廉号”汽船从新斯科舍行驶到英国。5年后,“天狼星号”和“大西方号” 汽船分别以16天半和13天半的时间朝相反方向越过大西洋,行驶时间为最快的帆船所需时间的一半左右。1840年,塞缪·肯纳德建立了一条横越大西洋的定期航运线,预先宣布轮船到达和出发的日期。肯纳德宣扬他的航线是已经取代“与帆船时代不可分离、令人恼火的不规则”的一条“海洋铁路”。到1850年,汽船已在运送旅客和邮件方面胜过帆船,并开始成功争夺货运。
工业革命不但在交通运输方面,而且在通讯联络方面引起了一场革命。以往,人们一向只有通过运货马车、驿使或船才能将一个音信送到一个遥远的地方。然而,18世纪中叶,发明了电报;作出这一发明的主委是一个英国人查尔斯·惠斯通与两个美国人塞缪尔·莫尔斯和艾尔弗雷德·维耳。1866年,人们铺设了一道横越大西洋的电缆,建立了东半球与美洲之间直接的通讯联络。
如此,人类征服了时间和空间。自远古起,人类一直以坐马车、骑马或乘帆船所需旅行的小时数来表示不同地方之间的距离。但现在,人类穿着一步跨七里格的靴子跨过了地球。人类能够凭借汽船和铁路越过海洋和大陆,能够用电报与世界各地的同胞通讯。这些成就和其他一些使人类能利用煤的能量、能成本低廉地生产铁、能同时纺100根纱线的成就一起,表明了工业革命这第一阶段的影响和意义。这一阶段使世界统一起来,统一的程度极大地超过了世界早先在罗马人时代或蒙古人时代所曾有过的统一程度;并且,使欧洲对世界的支配成为可能,这种支配一直持续到工业革命扩散到其他地区为止。
引发英国工业革命的必要性是市场。
第二次工业革命:
19世纪下半叶--20世纪初(人类开始进入电气时代,并在信息革命、资讯革命中达到顶峰)
18世纪后期开始的工业革命已稳步地、不懈地继续到现在。因此,将其发展过程划分为不同的时期,实质上是武断的。然而,若把1870年看作一个过渡日期,还是可以作一划分。正是在1870年前后,出现了两个重要的发展——科学开始大大地影响工业,大量生产的技术得到了改善和应用。
我们在前章中曾提到,科学开始时对工业没什么影响。我们迄今所握到的纺织工业、采矿工业、冶金工业和运输业方面的种种发明,极少是由科学家们作出的。相反,它们多半是由响应非凡的经济刺激的、有才能的技工完成的。不过,1870年以后,科学开始起了更加重要的作用。渐渐地,它成为所有大工业生产的一个组成部分。工业研究的实验室装备着昂贵的仪器、配备着对指定问题进行系统研究的训练有素的科学家,它们取代了孤独的发明者的阁楼和作坊。早先,发明是个人对机会作出响应的结果,而如今,发明是事先安排好的,实际上是定制的。沃尔特·李普曼已恰当地将这种新形势描述如下:
从最早的时代起,就有机器给发明出来,它们极为重要,如轮子,如帆船,如风车和水车。但是,在近代,人们已发明了作出发明的方法,人们已发现了作出发现的方法。机械的进步不存是碰巧的、偶然的,而成为有系统的、渐增的。我们知道,我们将制造出越来越完善的机器;这一点,是以前的人们所未曾认识到的。
1870年以后,所有工业都受到科学的影响。例如,在冶金术方面,许多工艺方法(贝塞麦炼钢法、西门子-马丁炼钢法和吉尔克里斯特-托马斯炼钢法)给发明出来,使有可能从低品位的铁矿中大量地炼出高级钢。由于利用了电并发明了主要使用石油和汽油的内燃机,动力工业被彻底改革。通讯联络也因无线电的发明而得到改造。1896,古利埃尔莫·马可尼发明了一台不用导线就能发射和接收信息的机器,不过,他的成果是以苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和德国物理学家亨利希·赫兹的研究为基础的。石油工业迅速发展,因为地质学家和化学家做了大量工作;地质学家以非凡的准确性探出油田,化学家发明了从原油中提炼出石脑油、汽油、煤油和轻、重润滑油的种种方法。科学对工业的影响的最惊人的例子之一可见于煤衍生物方面。煤除了提供焦炭和供照明用的宝贵的煤气外,还给予一种液体即煤焦油。化学家在这种物质中发现了真正的宝物——种种衍生物,其中包括数百种染料和大量的其他副产品如阿司匹林、冬青油、糖精、消毒剂、轻泻剂、香水、摄影用的化学制品、烈性炸药及香橙花精等。
工业革命的第二阶段也以大量生产的技术的发展为特点。美国在这一方面领先,就象德国在科学领域中领先一样。美国拥有的某些明显的有利条件可说明它在大量生产方面居首位的原因:巨大的原料宝库;土著和欧洲人的充分的资本供应;廉价的移民劳动力的不断流入;大陆规模的巨大的国内市场、迅速增长的人口以及不断提高的生活标准。
大量生产的两种主要方法是在美国发展起来的。一种方法是制造标准的、可互换的零件,然后以最少量的手工劳动把这些零件装配成完整的单位。美国发明家伊莱·惠特尼就是在19世纪开始时用这种方法为政府大量制造滑膛枪。他的工厂因建立在这一新原理的基础上,引起了广泛的注意,受到了许多旅行者的访问。其中有位访问者对惠特尼的这种革命性技术的基本特点作了恰当的描述:“他为滑膛枪的每个零件都制作了一个模子;据说,这些模子被加工得非常精确,以致任何滑膛枪的每个零件都可适用于其他任何滑膛枪。”在惠特尼之后的数十年间,机器被制造得愈来愈精确,因此,有可能生产出不是几乎相同而是完全一样的零件。第二种方法出现于20世纪初,是设计出“流水线”。亨利·福特因为发明了能将汽车零件运送到装配工人所需要的地点的环形传送带,获得了名声和大量财产。有人对这种传送带方式的发展作了如下生动的描绘:
制作传送带的想法是从芝加哥的罐头食品工人那里得来的,他们利用一台空中吊车沿着一排屠夫吊运菜牛躯体。福特先是在装配发动机上的小部件和飞轮磁电机时,然后又在装配发动机本身和汽车底盘时,尝试了这一想法。
一天,一个汽车底盘给缚在一根钢索上,当绞盘将钢索拖过工厂时,6名工人沿钢索进行了一次长250英尺的历史性旅行;他们边走边拾起沿途的零件,用螺栓使它们在汽车底盘上固定就位。实验做完了,但产生一个困难。上帝造人不象福特制造活塞环那祥精确。装配线对个子矮小的人来说,太高,对身材高大的人来说,太低,结果是劳而无功。
于是,进行更多的实验。先升高装配线,接着又降低装配线,然后试行两条装配线以适合高矮不同的人;先增加装配线的运行速度,再减低装配线的运行速度,然后做各种试验以确定一条装配线上需安置多少人、每道工序应相隔多远、是否要让上螺栓的人再上螺帽、使原先上螺帽的人有时间将螺帽上紧。终于,为每个汽车底盘上的装配而规定的时间从18小时28分钟缩短到1小时33分钟,世界有可能得到新的、大量的T型汽车;随着工人成为其机器上的更为有效的轮齿,大量生产进入了一个新阶段。
然后,借助于先进的机械设备,对大堆大堆的原料的处理作了改善。大量生产的这种方法也是在美国得到改善的,其最好的例子见于钢铁工业。以下这段对制造铁路钢轨的过程的描述,说明了这种方法:
钢铁工业在一个巨大的地区范围里发展了这种……连续生产……。铁矿石来源于梅萨比岭。蒸汽铲把铁矿石舀进火车车厢;车厢被拖运到德卢斯或苏必利尔,然后进入某些凹地上方的码头,当车厢的底部向外翻转时,车厢内的铁矿石便卸入凹地;滑运道使铁矿石从凹地进入运矿船的货舱。在伊利湖港,这矿船由自动装置卸货,矿石又被装入火车车厢;在匹兹堡,这些车厢由自动两卸车卸货,倾卸车把车厢转到自己的边上,使矿石瀑布似地落入箱子;上料车把焦炭、石灰石和这些箱子里的矿石一起运至高炉顶部,将它们倒入炉内。于是,高炉开始生产。从高炉里,铁水包车把仍然火热的生铁转移到混轶炉,然后再转移到平炉。就这样,实现了燃料的节约。接着,平炉开始出钢,钢水流入巨大的钢水包,从那里,再流入放在平板车上的铸模,一辆机车把平板车推到若干凹坑处,除去铸模后赤裸裸地留下的钢锭就放在这些凹坑里保温,直到扎制时。传送机把钢锭运到轧机处,自动平台不时地升降,在轧制设备之间来回地抛出所需形状的钢轨。由此产生的钢轨具有极好的形状,如果有少许偏差,就会被抛弃。电动起重机、钢水包、传送机、自动倾卸车、卸料机和装料机使从矿井中的铁矿石到钢轨的生产成为一件不可思议地自动的、生气勃勃的事情。
从纯经济的观点来看,这一规模的大量生产所意味的东西,从钢铁大王安德鲁·卡耐基的以下这番无可非议的大话中可觉察出来:
从苏必利尔湖开采两磅铁石,并运到相距900英里的匹兹堡;开采一磅半煤、制成焦炭并运到匹兹堡;开采半磅石灰,运至匹兹堡;在弗吉尼亚开采少量锰矿,运至匹兹堡——这四磅原料制成一磅钢,对这磅钢,消费者只需支付一分钱。
科学和大量生产的方法不仅影响了工业,也影响了农业。而且,这又是发生在科学应用方面领先的德国和大量生产方面领先的美国。德国化学家发现,若要维持土壤的肥力,就必须恢复土壤中被植物摄取的氮、钾和磷。最初,是利用天然肥料来达到这一目的,但是,将近19世纪末时,天然肥料让位于形式上更纯粹的、必需的无机物。结果,无机物的世界性生产大大增长,在1850至1913年间,硝酸盐、钾碱和过磷酸钙的产量从微不足道的数量分别上升到899800公吨(其中四分之三用于制肥料)、1348000公吨和16251213吨。
第三次工业革命:
时间不定,约在第二次世界大战之后。(人类进入科技时代,生物克隆技术的出现,航天科技的出现,欧美有称为21世纪系统与合成生物学将引发第三次工业革命,也即生物科技与产业革命)。
21世纪的生物科技与产业革命
美国引发的金融危机波及全球,既是危机,也是机遇。产业模式或产业结构转型,往往是新经济新产业时代特征,技术革命带来的是产业革命。自从英国中西部启动的第一次工业革命,欧美几乎同期发生的第二次工业革命,社会产业结构的形成与经济的增长又发展到了一个新的历史时期。中国明清,纺织和印染、采矿等工商业已经萌芽,晋商和徽商形成丝绸之路南北两端的著名商业模式。西方近现代科学的发展,在中华文化可以看到一些因素,比如,儒家的社会伦理化(社会规范)、墨家的实践经验化(实验方法)、禅家的概念澄清化(思维顿悟)和道家的系统逻辑模式(结构模型),以及一些技术发明的原型等。中国近现代工业化,经历了曾国藩、盛宣怀时代的江南制造业,广东、福建的经济特区时代,开始从珠三角、长三角和渤海湾向中西部发展。经济增长的实质是科技创新与产业化,体现在发明家、企业家与金融家的社会活力。瞄准新科技革命,及时抓住从技术创意到产品市场化的整个经济链条,带来的是经济从根基上崛起的机遇。
20世纪科技方法论从实证分析向系统综合转型,人工智能、微电子技术的发展,导致了电脑、电讯等信息产业革命(即信息革命、资讯革命),带来基因组计划、生物信息学的发展。 综合哲学,远在系统科学诞生之前已形成,19世纪未和20世纪初斯宾塞的综合(synthetic)哲学、罗素的哲学分析与综合、怀德海的有机哲学等。20世纪80年代末90年代初,中国科学哲学届讨论了综合哲学、系统科学与传统医学、中国哲学,中国科学院曾邦哲(杰)20世纪90年代阐述系统生物工程与系统遗传学的概念,1999年在德国创建系统生物科学与工程网(英文)。2000年美国L.Hood、日本H.Kitano等建立系统生物学研究机构。2003年美国J.Keasling成立基于系统生物学的遗传工程-合成生物学系。2005年法国F.Cambien和L. Tiret论述动脉硬化研究的系统遗传学观念。随后全球爆炸性地走向了电脑科学与生物科学整合的科技与产业发展态势,将带来21世纪的细胞制药厂与细胞计算机的生物工业化时代,欧美国家科技决策机构纷纷制定教育、科研、产业改革政策,中国出台了基因生物技术、系统医药学开发中医药产业现代化的重大立项与决策。
2007年6月,英国皇家工程院生物医学与生物工程学部主席R. I. Kitney院士称:“系统生物学与合成生物学偶合,将产生第三次产业(industrial)革命”,颠覆计算机、纳米、生物和医药等领域的技术与产业变革,即生物工业革命。21世纪的整个产业结构,将转型为系统生物工程的生物(化学)物理联盟工业模式,也就是生态、遗传、仿生和机械、化工、电磁的工程应用整合的材料、能源、信息产业,体现为机器的生物系统原理(进化、遗传计算)、生物材料(纳米生物分子、工程生物材料)和基因工程生物体等。计算机科学理论源自动物通讯行为、神经系统的控制论、信息论研究;细胞内、细胞间通讯行为的探索,导致了系统生物科学与工程发展,将形成未来的材料、能源与信息全方位生物产业。
科技革命与产业革命是不同的概念,产业革命往往是由于制造业的革命引发的一场导致三大产业全面变革。第一次工业革命开始于纺纱与织布的工业规模化与蒸汽机的广泛应用,以内燃机发明、汽车工业的起点为结束;第二次工业革命开启了电气化和电话、电子通讯产业的发展,而在计算机互联网技术达到了顶峰(即信息革命、资讯革命);第三次工业革命应该以有机化工的末尾,基因工程的开始、系统生物学与合成生物学的迅速发展为起点,生物工业革命的显著特征是学科交叉和技术综合,以有机化学合成技术、高精细分析化学、纳米分子科学、微电子技术、超大规模集成、计算机软件设计、转基因生物技术、药物筛选高通量技术等学科与技术的综合集成,开发生物分子计算机元件、人工智能生物计算、合成细胞生物系统等,将在约30年内带来的是人工设计的新型生物分子材料、藻类人工细胞合成石油、纳米医疗细胞机器人等产业发展。支持重心转移到把资金力度放在潜在的高科技开发与发明,将是带来未来支柱企业发展的基础。
韦东奕在三维纳维一斯托克斯方程(Navier-Stokes)正则性问题和二维不可压缩欧拉方程的线性阻尼问题上,取得了一系列重要研究进展。他还与人合作在随机矩阵理论研究中取得重大成果。
截至2019年12月,韦东奕已在国际数学期刊发表论文十多篇,他的博士论文《轴对称Navier-Stokes方程与无粘阻尼问题》被评为北京大学2018年优秀博士学位论文。
韦东奕的研究成果,已经解决部分流动稳定性等公开重要问题。如果从力学的角度让空中的流动性问题得到全面解决,对于航天事业、新能源开发等,都会有极大的帮助。比如发动机的稳定性、航天助推器的上升速度等,都会得到极大的改善。
韦东奕走红网络后,他的求学经历和私生活被曝光,韦东奕从小就展现出对数学的天赋,曾两届获得数学奥林匹克满分和金牌,通过数学竞赛被保送到北大数院。
韦东奕在北大期间拒绝了哈佛大学的破格录取,在北大读完博士进入北京国际数学研究中心,后来被聘回北大任教,人生跟开了挂一样,但是他本人却过的极其朴素,不管在哪不变的是手里的一瓶水和两个馒头。
近日,韦神又上热搜了,他的科研成果获得了2021年的第四届青橙奖,很多人对青橙奖不是很了解,这一奖项是针对青年科学家的奖项,每年选出10名有潜力的青年科学家。
其实股票实际上就是一种“商品”,和别的商品一样,它的价格也受到它的内在价值(标的公司价值)的控制,而且波动在价值上下。
股票的价格波动规律说白了就和普通商品的价格波动规律一样,供求关系对其价格有影响。
如同市场上的猪肉,猪肉需求变多,供给过少,需求过多,价格就会上升;当猪肉产量不断增加,猪肉供给过剩,那必然会降低价格。
从股票的角度讲:10元/股的价格,50个人卖出,但市场上有100个买,那另外50个买不到的人就会以11元的价格买入,这样一来股价就会上升,相反的话股价就下跌(由于篇幅问题,这里将交易进行简化了)。
平日里,会有多方面因素造成买卖双方的情绪波动,进而影响到供求关系的稳定,其中会产生重大影响的因素有3个,接下来我将给大家进行详细说明。
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一、哪些因素会使得股票出现涨跌变化?
1、政策
行业或产业的发展,离不开国家政策的指导,比如说新能源,前几年国家开始注重新能源的开发,有关的企业、产业都获得了一定程度的支持,比如补贴、减税等。
政策带来了大批的资金投入,并且还会大力挖掘相关行业的优秀企业或者已经上市的公司,引发股票的涨跌。
2、基本面
根据以往历史,市场的走势和基本面相同,基本面向好,市场整体就向好,比如说疫情期间我国的经济先恢复,企业经营状况也逐渐回暖,股市也随之回升了。
3、行业景气度
这个很重要,我们都知道股票的涨跌,是不会脱离行业走势的,行业景气度越好,这类公司的股票走势就越好,价格就会普遍上涨,比如上面说到的新能源。
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二、股票涨了就一定要买吗?
很多新手刚刚接触到股票,一看某支股票涨势大好,毫不犹豫的入手了几万块,后来竟然一路下跌,被套的非常牢。其实股票的变化起伏可以进行短期的人为控制,只要有人持有足够多的筹码,一般来说占据市场流通盘的40%,就可以完全控制股价。如果你刚刚接触股票不久,优先选择长期持有龙头股进行价值投资,避免短线投资被人割了韭菜。吐血整理!各大行业龙头股票一览表,建议收藏!
应答时间:2021-09-23,最新业务变化以文中链接内展示的数据为准,请点击查看
一、各省级能源主管部门会同经济运行管理部门要切实承担牵头责任,按照消纳责任权重认真组织制定实施方案,积极推动本行政区域内可再生能源电力建设,推动承担消纳责任的市场主体积极落实消纳责任,完成可再生能源电力消纳任务。各地要在2021年2月底前向国家发展改革委、国家能源局报送2020年可再生能源电力消纳责任权重完成情况。
二、国家电网有限公司、中国南方电网有限责任公司、内蒙古电力(集团)有限责任公司要切实承担组织责任,密切配合省级能源主管部门,按照消纳责任权重组织调度运行部门和交易机构等,认真做好可再生能源电力并网消纳、跨省跨区域输送和各类市场交易。国家电网有限公司、中国南方电网有限责任公司所属省级电网企业和内蒙古电力(集团)有限责任公司要在2021年1月底前向省级能源主管部门、经济运行管理部门和能源派出监管机构报送2020年本经营区及各承担消纳责任的市场主体可再生能源电力消纳量完成情况。
三、国家能源局各派出机构要切实承担监管责任,密切配合省级能源主管部门,按照消纳责任权重积极协调落实可再生能源电力并网消纳和跨省跨区交易,对监管区域内各承担消纳责任市场主体的消纳量完成情况、可再生能源电力交易情况等开展监管。各派出机构要在2020年12月底前,向国家能源局报送监管报告。
国家发展改革委、国家能源局有关部门将加强跟踪监测,计划2020年9月组织开展全国可再生能源电力消纳责任权重执行情况评估,并根据评估情况督促各省级能源主管部门、各电网企业、各派出机构进一步落实2020年可再生能源电力消纳责任,研究提出2021年可再生能源电力消纳责任权重初步安排。
(1)工业革命是资本主义发展史上的一个重要阶段,实现了从传统农业社会转向现代工业社会的重要变革。
(2)从生产技术方面来说,它使机器代替了手工劳动;工厂代替了手工工场。
(3)工业革命同时也是一场深刻的社会关系的变革。它使社会明显地分裂为两大对立的阶级──工业资产阶级和工业无产阶级。
工业革命(The Industrial Revolution )开始于十八世纪六十年代,十八世纪后半期,在英国的进展已经很显著了。通常认为它发源于英格兰中部地区,是指资本主义工业化的早期历程,即资本主义生产完成了从工场手工业向机器大工业过渡的阶段。工业革命是以机器取代人力,以大规模工厂化生产取代个体工场手工生产的一场生产与科技革命。由于机器的发明及运用成为了这个时代的标志,因此历史学家称这个时代为"机器时代"(the Age of Machines)。18世纪中叶,英国人瓦特改良蒸汽机之后,由一系列技术革命引起了从手工劳动向动力机器生产转变的重大飞跃。随后向英国乃至整个欧洲大陆传播,19世纪传至北美。一般认为,蒸汽机、煤、铁和钢是促成工业革命技术加速发展的四项主要因素。英国最早开始工业革命也是最早结束工业革命的国家。
古希腊时代的阿基米德已经在流体静力学和固体的平衡方面取得辉煌成就,但当时将这些归入应用数学,并没有将他的成果特别是他的精确实验和严格的数学论证方法汲入物理学中。从希腊、罗马到漫长的中世纪,自然哲学始终是亚里士多德的一统天下。到了文艺复兴时期,哥白尼、布鲁诺、开普勒和伽利略不顾宗教的迫害,向旧传统挑战,其中伽利略把物理理论和定律建立在严格的实验和科学的论证上,因此被尊称为物理学或科学之父。
伽利略的成就是多方面的,仅就力学而言,他以物体从光滑斜面下滑将在另一斜面上升到同一高度,推论出如另一斜面的倾角极小,为达到同一高度,物体将以匀速运动趋于无限远,从而得出如无外力作用,物体将运动不息的结论 。他精确地测定不同重量的物体以同一加速度沿光滑斜面下滑,并推论出物体自由下落时的加速度及其运动方程,驳倒了亚里士多德重物下落比轻物快的结论,并综合水平方向的匀速运动和垂直地面方向的匀加速运动得出抛物线轨迹和45°的最大射程角,伽利略还分析“地常动移而人不知”,提出著名的“伽利略相对性原理”(中国的成书于1800年前的《尚书考灵曜》有类似结论)。但他对力和运动变化关系的分析仍是错误的。全面、正确地概括力和运动关系的是牛顿的三条运动定律,牛顿还把地面上的重力外推到月球和整个太阳系,建立了万有引力定律。牛顿以上述的四条定律并运用他创造的“流数法”(即今微积分初步),解决了太阳系中的二体问题,推导出开普勒三定律,从理论上解决了地球上的潮汐问题。史称牛顿是第一个综合天上和地上的机械运动并取得伟大成就的物理学家。与此同时,几何光学也有很大发展,在16世纪末或17世纪初,先后发明了显微镜和望远镜,开普勒、伽利略和牛顿都对望远镜作很大的改进。
法国在大革命的前后,人才辈出,以P.S.M.拉普拉斯为首的法国科学家(史称拉普拉斯学派)将牛顿的力学理论发扬光大,把偏微分方程运用于天体力学,求出了太阳系内三体和多体问题的近似解,初步探讨并解决了太阳系的起源和稳定性问题,使天体力学达到相当完善的境界。在牛顿和拉普拉斯的太阳系内,主宰天体运动的已经不是造物主,而是万有引力,难怪拿破仑在听完拉普拉斯的太阳系介绍后就问 :你把上帝放在什么地位?无神论者拉普拉斯则直率地回答 :我不需要这个假设。
拉普拉斯学派还将力学规律广泛用于刚体、流体和固体,加上W.R.哈密顿、G.G.斯托克斯等的共同努力,完善了分析力学,把经典力学推进到更高阶段。该学派还将各种物理现象如热、光、电、磁甚至化学作用都归于粒子间的吸引和排斥,例如用光子受物质的排斥解释反射,光微粒受物质的吸引解释折射和衍射,用光子具有不同的外形以解释偏振,以及用热质粒子相互排斥来解释热膨胀、蒸发等等,都一度取得成功,从而使机械的唯物世界观统治了数十年。正当这学派声势煊赫、如日中天时,受到英国物理学家T.杨和这个学派的后院法兰西科学院及科学界的挑战,J.B.V.傅里叶从热传导方面,T.杨、D.F.J.阿拉戈、A.-J.菲涅耳从光学方面,特别是光的波动说和粒子说(见光的二象性)的论争在物理史上是一个重大的事件。为了驳倒微粒说,年轻的土木工程师菲涅耳在阿拉戈的支持下,制成了多种后以他的姓命名的干涉和衍射设备,并将光波的干涉性引入惠更斯的波阵面在介质中传播的理论 ,形成惠更斯-菲涅耳原理,还大胆地提出光是横波的假设,并用以研究各种光的偏振及偏振光的干涉,他创造了“菲涅耳波带”法,完满地说明了球面波的衍射,并假设光是以太的机械横波解决了光在不同介质界面上反射、折射的强度和偏振问题,从而完成了经典的波动光学理论。菲涅耳还提出地球自转使表面上的部分以太漂移的假设并给出曳引系数。也在阿拉戈的支持下,J.B.L.傅科和A.H.L.菲佐测定光速在水中确比空气中为小,从而确定了波动说的胜利,史称这个实验为光的判决性实验。此后,光的波动说及以太论统治了19世纪的后半世纪,著名物理学家如法拉第、麦克斯韦、开尔文等都对以太论坚信不疑。另一方面,利用干涉仪内干涉条纹的移动,可以精确地测定长度、速度、曲率的极微细的变化;利用棱镜和衍射光栅产生的光谱,可以确定地上和天上的物质的成分及原子内部的变化。因此这些光学仪器已成为物理学、分析化学、物理化学和天体物理学中的重要实验手段。
蒸汽机的发明推动了热学的发展 ,18世纪60年代在 J.瓦特改进蒸汽机的同时,他的挚友J.布莱克区分了温度和热量,建立了比热容和潜热概念,发展了量温学和量热学,所形成的热质说和热质守恒概念统治了80多年。在此期间,尽管发现了气体定律,度量了不同物质的比热容和各类潜热 ,但对蒸汽机的改进帮助不大,蒸汽机始终以很低的效率运行。1755年法国科学院坚定地否决了永动机 。1807年T.杨以“能”代替莱布尼兹的“活力” ,1826年 J. V. 彭赛列创造了“功”这个词。1798年和1799年,朗福德和H.戴维分析了摩擦生热,向热质说挑战;J.P.焦耳从 19 世纪 40 年代起到1878年,花了近40年时间,用电热和机械功等各种方法精确地测定了热功当量 ;生理学家 J.R.迈尔和H.von亥姆霍兹 ,更从机械能、电能、化学能、生物能和热的转换,全面地说明能量既不能产生也不会消失,确立了热力学第一定律即能量守恒定律。在此前后,1824年,S.卡诺根据他对蒸汽机效率的调查,据热质说推导出理想热机效率由热源和冷却源的温度确定的定律。文章发表后并未引起注意。后经R.克劳修斯和开尔文分别提出两种表述后,才确认为热力学第二定律。克劳修斯还引入新的态函数熵;以后,焓、亥姆霍兹函数、吉布斯函数 等态函数相继引入 ,开创了物理 化学 中的重要分支——热化学。热力学指明了发明新热机、提高热机效率等的方向,开创了热工学;而且在物理学、化学、机械工程、化学工程 、冶金学等方面也有广泛的指向和推动作用。这些使物理化学开创人之一W.奥斯特瓦尔德曾一度否认原子和分子的存在 ,而宣扬“唯能论”,视能量为世界的最终存在 。但另一方面,J.C.麦克斯韦的分子速度分布率(见麦克斯韦分布)和L.玻耳兹曼的能量均分定理把热学和力学综合起来,并将概率规律引入物理学,用以研究大量分子的运动,创建了气体分子动力论(现称气体动理论),确立了气体的压强、内能、比热容等的统计性质,得到了与热力学协调一致的结论。玻耳兹曼还进一步认为热力学第二定律是统计规律,把熵同状态的概率联系起来,建立了统计热力学。任何实际物理现象都不可避免地涉及能量的转换和热量的传递,热力学定律就成为综合一切物理现象的基本规律。经过20世纪的物理学革命,这些定律仍然成立。而且平衡和不平衡、可逆和不可逆、有序和无序乃至涨落和混沌等概念,已经从有关的自然科学分支中移植到社会科学中。
在19世纪20年代以前 ,电和磁始终认为 是两种不同的物质,因此,尽管1600年W.吉伯发表《论磁性》,对磁和地磁现象有较深入的分析 ,1747 年B.富兰克林提出电的单流质理论,阐明了正电和负电,但电学和磁学的发展是缓慢,1800年A.伏打发明伏打电堆,人类才有能长期供电的电源 ,电开始用于通信 ;但要使用一个电弧灯 ,就需联接2千个伏打电池,所以电的应用并不普及。1920年H.C.奥斯特的电流磁效应实验,开始了电和磁的综合,电磁学就迅猛发展,几个月内 ,通过实验A.-M.安培建立平行电流间的安培定律 ,并提出磁分子学说 ,J.-B.毕奥和F.萨伐尔建立载流导线对磁极的作用力(后称毕-萨-拉定律),阿拉戈发明电磁铁并发现磁阻尼效应,这些成就奠定了电磁学的基础。1831年M.法拉第发现电磁感应现象,磁的变化在闭合回路中产生了电流,完成了电和磁的综合,并使人类获得新的电源。1867年W.von 西门子发明自激发电机 ,又用变压器完成长距离输电,这些基于电磁感应的设备,改变了世界面貌,创建了新的学科——电工学和电机工程。法拉第还把场的概念引入电磁学;1864年麦克斯韦进一步把场的概念数学化,提出位移电流和有旋电场等假设,建立了麦克斯韦方程组,完善了电磁理论,并预言了存在以光速传播的电磁波。但他的成就并没有即时被理解,直到H.R.赫兹完成这组方程的微分形式,并用实验证明麦克斯韦预言的电磁波,具有光波的传播速度和反射 、折射干涉、衍射、偏振等一切性质,从而完成了电磁学和光学的综合,并使人类掌握了最快速的传递各种信息的工具 ,开创了电子学这门新学科。
直到19世纪后半叶 ,电荷的本质是什么 ,仍没有搞清楚,盛极一时的以太论,认为电荷不过是以太海洋中的涡元。H.A.洛伦兹首先把光的电磁理论与物质的分子论结合起来 ,认为分子是带电的谐振子 ,1892年起 ,他陆续发表“电子论”的文章 ,认为1859年 J.普吕克尔发现的阴极射线就是电子束;1895年提出洛伦兹力公式,它和麦克斯韦方程相结合,构成了经典电动力学的基础;并用电子论解释了正常色散、反常色散(见光的色散)和塞曼效应。1897年J.J.汤姆孙对不同稀薄气体、不同材料电极制成的阴极射线管施加电场和磁场,精确测定构成阴极射线的粒子有同一的荷质比 ,为电子论提供了确切的实验根据。电子就成了最先发现的亚原子粒子 。1895年W.K.伦琴发现X射线,延伸了电磁波谱 ,它对物质的强穿透力,使它很快就成为诊断疾病和发现金属内部缺陷的工具 。1896年A.-H.贝可勒尔发现铀的放射性 ,1898年居里夫妇发现了放射性更强的新元素——钋和镭,但这些发现一时尚未引起物理学界的广泛注意
20世纪的物理学 到19世纪末期 ,经典物理学已经发展到很完满的阶段,许多物理学家认为物理学已接近尽头,以后的工作只是增加有效数字的位数。开尔文在19世纪最后一个除夕夜的新年祝词中说:“物理大厦已经落成,……动力理论确定了热和光是运动的两种方式,现在它的美丽而晴朗的天空出现两朵乌云,一朵出现在光的波动理论,另一朵出现在麦克斯韦和玻耳兹曼的能量均分理论。”前者指的是以太漂移和迈克耳孙 - 莫雷测量地球对(绝对静止的)以太速度的实验,后者指用能量均分原理不能解释黑体辐射谱和低温下固体的比热。恰恰是这两个基本问题和开尔文所忽略的放射性,孕育了20世纪的物理学革命。
1905 年 A. 爱因斯坦为了解决电动力学应用于动体的不对称(后称为电动力学与伽利略相对性原理的不协调),创建了狭义相对论,即适用于一切惯性参考系的相对论。他从真空光速不变性出发,即在一切惯性系中,运动光源所射出的光的速度都是同一值,推出了同时的相对性和动系中尺缩 、钟慢的结论 ,完满地解释了洛伦兹为说明迈克耳孙 -莫雷实验提出的洛伦兹变换公式,从而完成了力学和电动力学的综合。另一方面,狭义相对论还否定了绝对的空间和时间,把时间和空间结合起来,提出统一的相对的时空观构成了四度时空;并彻底否定以太的存在,从根本上动摇了经典力学和经典电磁学的哲学基础,而把伽利略的相对性原理提高到新的阶段,适用于一切动体的力学和电磁学现象。但在动体或动系的速度远小于光速时,相对论力学就和经典力学相一致了。经典力学中的质量、能量和动量在相对论中也有新的定义,所导出的质能关系为核能的释放和利用提供了理论准备。1915年,爱因斯坦又创建广义相对论,把相对论推广到非惯性系,认为引力场同具有相当加速度的非惯性系在物理上是完全等价的,而且在引力场中时空是弯曲的,其曲率取决于引力场的强度,革新了宇宙空间都是平直的欧几里得空间的旧概念。但对于范围和强度都不很大的引力场如地球引力场,可以完全不考虑空间的曲率,而对引力场较强的空间如太阳等恒星的周围和范围很大的空间如整个可观测的宇宙空间 ,就必须考虑空间曲率。因此广义相对论解释了用牛顿引力理论不能解释的一些天文现象,如水星近日点反常进动、光线的引力偏析等。以广义相对论为基础的宇宙学已成为天文学的发展最快的一个分支。
另一方面 ,1900年 M.普朗克提出了符合全波长范围的黑体辐射公式,并用能量量子化假设从理论上导出,首次提出物理量的不连续性。1905年爱因斯坦发表光量子假设,以光的波粒二象性,解释了光电效应;1906年又发表固体热容的量子理论;1913年N.玻尔(见玻尔父子)发表玻尔氢原子理论,用量子概念准确地地计算出氢原子光谱的巴耳末公式,并预言氢原子存在其他线光谱,后获证实。1918年玻尔又提出对应原理,建立了经典理论通向量子理论的桥梁;1924年L.V.德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性的假设,预言电子束的衍射作用;1925年W.泡利发表泡利不相容原理,W.K.海森伯在M.玻恩和数学家E.P.约旦的帮助下创立矩阵力学 ,P.A.M.狄拉克提出非对易代数理论 ;1926 年
E.薛定谔根据波粒二象性发表波动力学的一系列论文,建立了波函数,并证明波动力学和矩阵力学是等价的,遂即统称为量子力学 。同年6月玻恩提出了波函数的统计解释 ,表明单个粒子所遵循的是统计性规律而非经典的确定性规律;1927年海森伯发表不确定性关系;1928年发表相对论电子波动方程,奠定了相对论性量子理论的基础。由于一切微观粒子的运动都遵循量子力学规律,因此它成了研究粒子物理学、原子核物理学、原子物理学、分子物理学和固体物理学的理论基础,也是研究分子结构的重要手段,从而发展了量子化学这个化学新分支。
差不多同时,研究由大量粒子组成的粒子系统的量子统计法也发展起来了 ,包括1924年建立的玻色-爱因斯坦分布和1926年建立的费米-狄拉克分布 ,它们分别适应于自旋为整数和半整数的粒子系统。稍后,量子场论也逐渐发展起来了 。1927年 ,狄拉克首先提出将电磁场作为一个具有无穷维自由度的系统进行量子化的方案,以处理原子中光的自发辐射和吸收问题。1929年海森伯和泡利建立了量子场论的普遍形式,奠定了量子电动力学的基础。通过重正化解决了发散困难,并计算各阶的辐射修正,所得的电子磁矩数值与实验值只相差2.5×10-10 ,其准确度在物理学中是空前的 。量子场论还正向统一场论的方向发展,即把电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用和引力相互作用统一在一个规范理论中,已取得若干成就的有电弱统一理论、量子色动力学和大统一理论等。
“实践是真理的唯一标准”,物理学也同样遵循这一标准。一切假说都必须以实验为基础,必须经受住实验的验证。但物理学也是思辨性很强的科学,从诞生之日起就和哲学建立了不解之缘。无论是伽利略的相对性原理、牛顿运动定律、动量和能量守恒定律 、麦克斯韦方程乃至相对论、量子力学,无不带有强烈的、科学的思辨性。有些科学家例如在19世纪中主编《物理学与化学》杂志的J.C.波根多夫曾经想把思辨性逐出物理学,先后两次以具有思辨性内容为由,拒绝刊登迈尔和亥姆霍兹的论能量守恒的文章,终为后世所诟病。要发现隐藏在实验事实后面的规律,需要深刻的洞察力和丰富的想像力。多少物理学家关注θ-τ之谜 ,唯有华裔美国物理学家李政道和杨振宁,经过缜密的思辨,检查大量文献,发现谜后隐藏着未经实验鉴定的弱相互作用的宇称守恒的假设。而从物理学发展史来看,每一次大综合都促使物理学本身和有关学科的很大发展,而每一次综合既以建立在大量精确的观察、实验事实为基础,也有深刻的思辨内容。因此一般的物理工作者和物理教师,为了更好地应用和传授物理知识,也应从物理学的整个体系出发,理解其中的重要概念和规律。
应用 物理学是广泛应用于生产各部门的一门科学 ,有人曾经说过,优秀的工程师应是一位好物理学家。物理学某些方面的发展,确实是由生产和生活的需要推动的。在前几个世纪中,卡诺因提高蒸汽机的效率而发现热力学第二定律,阿贝为了改进显微镜而建立光学系统理论,开尔文为了更有效地使用大西洋电缆发明了许多灵敏电学仪器;在20世纪内,核物理学、电子学和半导体物理、等离子体物理乃至超声学、水声学、建筑声学、噪声研究等的迅速发展,显然和生产 、生活的需要有关。因此,大力开展应用物理学的研究是十分必要的。另一方面,许多推动社会进步,大大促进生产的物理学成就却肇始于基本理论的探求,例如:法拉第从电的磁效应得到启发而研究磁的电效应,促进电的时代的诞生;麦克斯韦为了完善电磁场理论,预言了电磁波,带来了电子学世纪;X射线、放射性乃至电子 、中子的发现 ,都来自对物质的基本结构的研究。从重视知识、重视人才考虑,尤应注重基础理论的研究。因此为使科学技术达到世界前列,基础理论研究是绝不能忽视的。
展望 21世纪的前夕 ,科学家将从本学科出发考虑百年前景。物理学是否将如前两三个世纪那样,处于领先地位,会有一番争议,但不会再有一位科学家像开尔文那样,断言物理学已接近发展的终端了。能源和矿藏的日渐匮乏,环境的日渐恶化,向物理学提出解决新能源、新的材料加工、新的测试手段的物理原理和技术。对粒子的深层次探索,解决物质的最基本的结构和相互作用,将为人类提供新的认识和改造世界的手段,这需要有新的粒子加速原理,更高能量的加速器和更灵敏、更可靠的探测器。实现受控热核聚变,需要综合等离子体物理、激光物理、超导物理、表面物理、中子物理等方面知识,以解决有关的一系列理论技术问题。总之,随着新的技术革命的深入发展,物理学也将无限延伸。
在全球而言,核反应堆大致分为“轻水堆”和“重水堆”两大技术派。其中,轻水堆又被划分为压水堆、沸水堆等。
从中国几十年的核电发展可以看出,压水堆是中国确定的最主要路线。
国内的核电第一阶段约在1970年到1983年期间。时任总理周恩来于1970年2月8日提出要发展核电,因而第一个自主化核电项目“728工程”正式出现。
随后的7年,由法国提供贷款,与中国进行经济技术合作,其中包括建设一座核电站。但由于上世纪70年代末的经济调整,又迫使该项目下马,“728工程”是否需要保留又引发了一段争议。
但是1982年时,国务院领导最终确认采用压水堆,并定在浙江海盐,秦山核电站一期项目筹备启动。从此,中国压水堆型路线被确认,且决定采用百万千瓦级的机组技术,并走“学习国外技术加自主研发”的道路。
1986年到1997年时,我国共建成了6座核电站和11个核反应堆,总容量为8.7G瓦,在中国装机发电总量上占比为1%。
2003年之后,核电站进入了批量建设阶段,其中28个核电反应堆将采用二代或二代加技术,而不到10座反应堆则采用第三代技术。
相比风能、太阳能,核电对中国的能源意义或许要更大。到2020年年底,估计中国的太阳能、生物质能等其他新能源的装机量占总装机容量的11%左右,而核电估计可以占到4%。
国内的核电站经营方主要是中国核工业集团和中广核集团两大央企,大唐、华电福建发电、中电投、申能股份等也都参与了不同核电站项目的投资。
与中国大批核电站走“压水堆”有所不同的是,日本福岛第一核电站所采用的技术是BWR(沸水堆)技术路线。
沸水堆直接从堆芯产生蒸汽驱动汽轮机。发生事故的福岛1号机组1971年3月投入运行,属于BWR-3堆型,目前已不使用。
以中广核为例,目前有5台在运行核电机组,均位于大亚湾核电基地,总装机容量502万千瓦。
“大亚湾核电站2台机组于1994年投入商业运行,岭澳核电站一期2台机组于2003年全部建成投入商业运行,岭澳核电站二期1号机组于2010年9月投入商业运行。”中广核一位内部人士向《第一财经日报》记者说道。
中广核集团正在发展的堆型是自主创新的CPR1000型压水堆,“压水堆产生的热量通过一回路系统带出并通过蒸汽发生器系统产生蒸汽,驱动汽轮机。我国的压水堆核电站技术上比较成熟和先进,具有较高的安全性与可靠性。”该中广核人士表示。
从世界已经在建或者建成的核电机组来看,代表性核电技术大致有6种:美国西屋电气的先进非能动压水堆(AP1000)、法国阿海珐公司的欧洲压水堆(EPR)、美国GE的先进沸水堆(ABWR)和经济简化型沸水堆(ESBWR)、日本三菱公司的先进压水堆(APWR)和韩国电力工程公司的韩国先进压水堆(APR1400)。其中最具代表性的就是AP1000和EPR。
一位专家也向记者介绍到,由于福岛核电站的机型较老,所以日本可能在当初设计和安装该机型的时候,也没有对抗震的能力做比较充分的估计,“9级地震级别,不一定是该核电站能承受的。”
如何避免堆芯熔化和氢气爆炸事故
在这次日本核电事故中,“堆芯熔化”一词被媒体屡次提及。中国是否会发生类似事故呢?
堆芯是反应堆的心脏,装在压力容器内,由燃料组件构成。此外,堆芯也由二氧化铀烧结而成。当燃料无法得到冷却水,那么堆芯的水位就会下降,导致燃料棒露在水面上,而放射性的物质所产生的热量将无法被去除,这也是比较严重的核电事故了。
针对可能出现的“堆芯熔化”问题,通过可靠的设计、高质量的建设、高效率运行管理来避免其发生。
“堆芯熔化”本身并不可怕,可一旦熔化后,压力容器或无法阻挡核燃料的辐射释放,泄漏的危险就此发生。
前述中广核人士就向记者解释说,就可能出现的事故,中广核所属核电站设置了多道安全屏障和多个专门针对事故的安全系统,安全系统均采用冗余设计(一个部件出现故障并不影响安全功能)。当失去外电源时,将由应急柴油机可靠地供电。大亚湾核电站、岭澳核电站各机组在已分别配备应急柴油机的前提下,还采取专门增加一台备用柴油机等措施来防止事故扩大发生堆芯熔化的情况。
除此以外,中国正在建设并推进的AP1000三代核电项目,则使用的是“非能动”方法,减少出现“堆芯熔化”事故的几率。
全国政协委员、中国电力投资集团公司总经理陆启洲也对媒体表示,AP1000核电技术采用的安全系统,即(可理解为)在反应堆上方,顶着多个千吨级水箱。一旦遭遇紧急情况,不需要交流电源和应急发电机,仅利用地球引力、物质重力等自然现象就可驱动核电站的安全系统,巧妙地冷却反应堆堆芯,带走堆芯余热。尽管福岛核电站的反应堆已经关闭,但小的、基本的核衰变仍在继续,这意味着脱落的核燃料棒依然释放少量余热。
此外,福岛第一核电站也出现了多次的氢气爆炸。而就可能出现的氢气爆炸情况,国内核电公司则设置了预防、监控、行动和措施等多道防线。
“比如,中广核为防止此种情况的发生,就有多种监测方式监测主系统中的氢气浓度,并通过氢气复和器、氢气点火器等专设安全设施,控制事故情况下氢气水平,避免其浓度的上升,防止出现氢气爆炸的情况。”前述中广核人士指出。
如何防范核事故和严重自然灾害
除了技术上的保障之外,核电项目的选址、防震抗震能力等也至关重要。
中国原子能科学研究院快堆工程部总工程师徐銤对媒体称,我国的核安全法规标准,采用了国际原子能机构的最新研究成果,核电站建设和运行安全可控,但也应从日本此次事件中吸取教训,制定更加周全的应对自然灾害的安全预案。
徐銤说,我国核电站“门槛”比世界平均水平要高,核电站的选址更加保守、安全,均远离地质断裂带,建在稳定的基岩上。抗震标准、防洪标准等都做到了“高一级”设防,并且受国家核安全局的严格审查。
西安交通大学核能系教授、中国反应堆热工流体专业委员会副主任委员秋穗正则在接受媒体采访时表示,福岛核电站反应堆出现这种严重的情况,在历史上非常罕见,因为核反应堆在设计的时候会把地震因素考虑进去。
也有人士质疑称,日本作为一个地震高发国家,国内有很多专家和公众反对建造核电站。但日本的核电拥有量并不低。
世界各国核电站总发电量的比例平均为17%,核发电量超过30%的国家和地区至少有16个,美国有104座核电站在运行,占其总发电量的20%;法国59台核电机组,占其总发电量的80%;日本有55座核电站,占总发电量的30%以上。
然而,值得注意的是,日本有七成以上的核电站,位于日本地震预知联络会划定的地震指定观测地域,也就是地震发生可能性较高的地域。
除了抗震问题,核电项目与住宅间隔、环境之间也有着密切的联系。
南华大学教授谭德明就撰文指出,核电项目要尽量远离居民集中区。
记者也从国家环保部的一份材料中看到,核动力厂周围的非居住区未必设置为圆形,但要根据厂址的地形、地貌、气象和交通等具体条件决定。
此外,应尽量将核电站建立在人口密度低、相对大城市较远的地点。规划限制区范围内不应该有1万人以上的乡镇,厂址半径10公里范围内,不应该有10万人以上的城镇。
谭德明在一篇文章中称,人口居住区评估应为厂址半径80公里内,要调查人口分布,评估人口密度与中心城市状况;2公里半径为第二圈;5公里为限制区,即人口稀少区;厂区半径0.5公里为非居住区,即隔离区,严禁居民居住,只有厂内工作人员出入。
中广核方面告诉记者,核电厂的厂址也应远离一些危险品的生产、贮存和运输设施,如油港、输油管、炼油厂、液化气贮存库、毒品库、飞机场等,必要时采取工程防护措施。
此外,靠近军用训练机场以及任何军事设施的地点,均不宜用作核电厂厂址。核电厂也不应靠近民用飞机航线。也要防止有意破坏、失火和内部水淹等实际威胁反应堆安全的问题发生。而除设置保安、消防等系统外,应将安全系统的各个冗余,串列放在实体分割的单独区域,使得任一串列的损坏不致波及其他串列。
中广核那位人士也称:“在核电站选址的过程中,企业综合考虑了周边群众的安全。在厂址确定后,针对可能受到的影响,核电站的周边被划分为5公里、10公里、50公里三个不同的应急区域。而在核电站建设和运营过程中,据国家规定,核电站建立了完备的应急计划、应急设备和应急体系,并进行定期的应急演习,确保核电站在可能发生事故时,周边群众能及时安全地得到转移。”
核电设计预防
在核电站的设计上,根据国家核电站设计的相关安全法规,也要符合“纵深防御”的设计要求,实施多道安全屏障和实体保护措施。
一位国核工程有限公司的工程师也在前日向记者说道:“中国的核电站不是乱选的,很有考究。选一个厂址很困难,而且厂址的资源也是很宝贵的。至于日本是不是适合选址,我觉得这是一个国家应该考量的问题,从这个来说可以采取更多的技术手段,但是应尽量缓解因为地质灾害带来的后果。”
该人士指出:“每个国家都有使用核电的权利。只要该国政府能保证核电是安全的,那么就要采取必要的措施、必要的手段。”
有人说日本是个地震带,它不适合盖楼,老百姓不适合在那里生活。“这些说法也是欠妥的。日本的楼宇,盖得还是很结实的。老百姓的地震知识也掌握得比较充分。日本人在九级地震的情况下依然表现得很镇定。”
齐鲁证券的最新统计显示,我国已经被政府核准的核电机组总计为34台,装机容量3692万千瓦,其中已经开工在建的有25台,2773万千瓦。而按照2009年9月国际原子能机构对2030年核电发展的预测值,预计世界核电装机容量在今后20年至少增加40%,达到5.1亿千瓦。其中中国的装机增速、装机增长规划,可能都是领先的。
记者也了解到,我国的核电站在建一期项目都集中在2014到2015年期间投产,短期内核电设备和交付的高峰将会出现。而日本福岛第一核电站的种种事件进展如爆炸、压力容器破损、处置过程及结果、人群疏散、环境破坏和补救措施是否得当,都将成为中国核电工程今后安全措施保障难得的经验。
一位核电行业高层也提醒所有业界:“日本此次特大地震给我们带来的思考是多方面的,我们必须有做好防大难、抗大灾的一切思想准备和物质准备,任何盲目自信和乐观都是有害的。”
孔子曰:“名不正则言不顺,言不顺则事不成”,意思是说名义不正当,道理就讲不通;道理讲不通,事情就办不成。这句话在中国流传了几千年,逐渐只剩上半句了,即“名不正则言不顺”。其含义也发生了变化,变成了“人的名字不好就诸事不顺”。所以中国人是非常重视起名这件事的,孩子出生后的之一件事,就是赶紧给孩子起一个好名字,以图一个好彩头,祝福孩子的人生走得顺顺利利;办企业、开公司,也要起一个好名字,寓意大吉大利,财源广进。为此,中国有很多起名馆,专门给个人和公司起名,什么八卦、五行太极、等都用上了,起出来的名字寓意美好,朗朗上口。这真得感谢中国文字的博大精深!
现在这个现象也蔓延到汽车行业中了。不知道你有没有发现,现在汽车的名字越来越好听了,寓意也越来越深刻。其实汽车也跟人一样,都需要一个好的名字,只有一个好的名字才能给人留下深刻的印象,才能有一个好的运势,进而有一个好的销量,所以中国车企在给新车命名这个问题上,是花了很思的。今天我们就来说一说汽车命名的学问。
中国的汽车工业,是在新中国成立以后才开启的,所以中国早期生产的汽车,命名都有很强的时代色彩和倾向,比如、东风、红旗、跃进、红岩、东方红等,还有以著名地标命名的,比如黄河、长江、、昆仑、黄海等。总之,这个时代的汽车命名是非常“中国化”的,有深刻的时代烙印。
以后,有大量的外国汽车中国,同时中国也开启了自己的汽车合资生产之路,汽车的命名一下子变得复杂起来。初期,中国市场上汽车的命名是非常混乱的,有的,有意译的,还有叫绰号的。有些或者意译,在今天看来是非常有趣甚至是可笑的,比如奔驰叫做“宾士”,宝马叫做“巴依尔”,沃尔沃叫做“富豪”,标致叫做“别儒”,日产叫做“尼桑”,英菲尼迪叫做“无限”,雅阁叫做“阿科德”,讴歌叫做“阿库拉”,思域叫做“赛维克”,凯美瑞叫做“佳美”,雷克斯叫做“凌志”,如此等等。此外,还有水星、公爵、风度、大等。这个时期堪称中国汽车工业的“五代十国”,各种车型都在中国汽车市场上粉墨登场,最终大浪淘沙,留下来的没有几个。
后来,中国开始规范这些汽车的命名,规定进口及合资汽车命名,以该车型英文名称的为主,允许做适当的艺术加工。一时间,中国掀起了汽车改名的热潮。不过即使是,也是非常有学问的,翻译过来的汉语,要合中文的基本语法规律,叫起来朗朗上口,寓意中正大气。这里面比较成功的,比如奔驰、宝马等,既合,又有良好的寓意,堪称更名典范,此外还有奥迪、桑塔纳、捷达、标致、雪铁龙、沃尔沃、福特、雅阁等一系列耳熟能详的车名,更名都是比较成功的;而丰田在这次更名中是实实在在的失败者,很多以前霸气凌人的名字,被改成了拗口的,比如佳美被改成了凯美瑞,霸道被改成了普拉多,陆地巡洋舰被改成了兰德酷路泽,凌志被改成了雷克斯,花冠被改成了卡罗拉,大被改成了普瑞维亚,等等。
不过,这种以为主的命名方式,让很多车名失去了原有的诗意与浪漫。比如大众旗下很多车型都是以风来命名的,比如桑塔纳(Santana)是加州山谷的旋风,帕特(Passat)是吹向赤道的风,宝来(Bora)是亚得里亚海风,尚酷(Scirocco)是沙漠热风,等等。变成中文后,如果不知道这些车名的英文含义,是无法GET到它的诗意与浪漫的。
此后,汽车的命名逐渐规范起来,各家车企越来越重视车型的命名,每出一款新车型,都要处心积虑的起一个好名字。据统计,车企比较喜欢使用的字有星、风、腾、锐、驰、悦、凯、途、放等,并且这种命名越来越有传承性与等级差别。比如大众系列的辉腾、迈腾、速腾,途锐、途昂、途观、途岳,探岳、探歌、探影等;丰田系列的路放、荣放、凌放,汉兰达、威兰达,埃尔法、威尔法等;现代系列的悦动、领动、悦纳、瑞纳等。还有一些车型起的名字非常有浪漫色彩,比如路虎的揽胜星脉与极光,很容易让人联想到郎朗夜空中的灿烂星河;还有日产的天籁、逍客、楼兰、轩逸、途乐等,本田的雅阁、飞度、皓影,劳斯莱斯的幻影、魅影,曜影等。此外,个人比较欣赏的一些车名,比如吉普旗下的车型,牧马人,指南者、自由光、自由侠、指挥官,还有的冒险家、飞行家、航海家、领航员等,斯巴鲁的森林人、傲虎、力狮、翼豹等,路虎的卫士、菲亚特的阿尔法欧等。这些车型的命名,都与车型的特点与性格密切相关,车名气势磅礴,霸气外漏,是比较成功的命名。
当然,也有一些车型的名字起得不是很成功,比如东风悦达起亚旗下有一款车型名叫“秀尔”,经常被人取笑称“秀儿,是”;还有东风本田的INSPIRE,成“英仕派”,其实这是一款非常不错的车型,是对标本田雅阁的,但就是因为这个拗口的名字,让很多人放弃了它;此外,还有法国标致的DS汽车,DS,如果直接过来,就是一个不可描述的汉语词语的缩写啊,所以这款车从开始的那一天就注定了失败的命运;而福特在中国生产的车型,应该是被长安刻意了,起的名字都比较拗口,还比较接近,容易误解,比如锐际与锐界、科鲁兹与科鲁泽、福克斯与福睿斯,如果普通话不好,很难清晰地说出这些车名,感觉这是长安汽车在给福特中国的高管出中文测试题呢!
而中国自主品企,由于先天占有语言上的优势,给汽车起名自然是手到擒来,驾轻就熟,大多能起出非常好听的名字。更好、最霸气的中国车名,当然就是红旗了,毛 亲笔题写的车名,镌刻在车身上熠熠生辉,大气磅礴;还有长城这个名字也是非常不错的,万里长城是中国的象征,用来做车名,当然分量是非常大的;而中华这个优秀车名,实在是太可惜了,竟然沦落到了的地步,仰老爷子毕生心血,毁于一群hundan。老侯此生只愿,红旗长飘飘,长城永不倒!
而中国最有影响力的三家自主品企——吉利、奇瑞、比亚迪,他们刚开始创业命名的时候,还是比较崇洋的,起的名字也比较西化,吉利-Geely,奇瑞-Chery,比亚迪-build your dreams,都是以英文为主。不过后来随着他们的发展壮大,他们已经不再需要用外国名字来提升自己的品牌形象了,车型的命名就越来越中文化了,比如博瑞、博越、帝豪、远景、星途、瑞虎等。而比亚迪的王朝系列,堪称是自主品企命名的巅峰之作,先秦、强汉、盛唐、富宋、悍元、壮明、大清,每一个都是有极为丰富的历史内涵,但愿比亚迪不要辜负了这些王朝先祖们!
此外,中国新能源车正在飞速发展,各家造车层出不穷。这些车型以科技著称,起的车名自然不能落了俗套。小鹏、理想、蔚来、埃安、高合等,都是比较优雅动听的名字。同时中国的汽车也越来越自信了,敢于使用自己的名字或者姓氏作为汽车的名字,比如上述的小鹏、理想等,此外还有WEY,这一点与很多外国汽车品牌有相似之处。
以上就是与名字里带星字好不好相关内容,是关于车的分享。看完属狗名字里带什么字好后,希望这对大家有所帮助!
目前电池组件缺陷检测的技术主要有[1]:红外成像技术、光致发光成像技术、(ELectrofluorescence,EL)成像。EL成像是用于光伏组件缺陷检测的非接触式成像技术,根据硅材料的电致发光原理进行检测。给晶体硅电池组件加上正向偏压,组件会发出一定波长的光,电荷耦合器件图像传感器(CCD)可以捕捉到这个波长范围的光并在电脑上成像。但电池组件存在缺陷会减弱其发光强度,所以可以根据EL图像中电池发光强度的不同来判断电池组件是否存在缺陷。
在以往的研究中,2012年TSIA D M等[2]提出了利用独立分量分析(ICA)基图像识别缺陷的监督学习方法,该方法在80个太阳电池单元的测试样本上平均识别率为93.4%。2014年ANWAR S A和ABDULLAH M Z提出了检测多晶电池微裂纹的算法[3],即基于各向异性扩散和形状分类的图像分割方法,在600张图像上检测微裂纹的精度上达到88%。深度学习特别是卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)在图像识别[4]和检测上备受重视。2018年DEITSCH S等提出自动检测单一光伏电池EL图像缺陷的方法[5],分别用支持向量机和卷积神经网络进行训练及预测,平均准确率分别达到了82.44%和88.42%。另外,随着深度学习的网络结构趋于更深,增加了训练及实际应用的时间,因此,对网络模型的压缩的研究显得尤为重要[6]。
本文针对传统缺陷识别算法的不足,通过深度学习算法对EL图像进行分类,进而识别出有缺陷和没有缺陷的电池片。经过实验证明,改进的VGG16[7]网络具有很好的准确率,并且大幅降低了神经网络由于层数过多而带来的大量运算,缩减后的模型有更大的实用性。
1 实验数据及预处理
实验数据来自于BUERHOP-LUTZ C等人公开的数据集[8],该数据集提供了从光伏组件的高分辨率电致发光图像中提取的太阳能电池图像。图片来自于44个不同的PV模块,其中18个模块为单晶型,26个为多晶型。图片可以拆分为2 624个300×300像素的电池单元的EL图像。这些图像包含了常见的内外缺陷,如黑心片、黑斑片、短路黑片、过焊片、断栅片、明暗片、隐裂等类型,如图1所示,出现的这些缺陷会对太阳电池组件的转换效率和使用寿命造成严重影响。
原数据集中将单晶和多晶的电池单元进行注释,并且按照缺陷的概率对每张图片进行标注,统计样本的总数以及各类样本分立情况,发现各类样本数目相差较大,样本分布的不平衡将导致训练后模型对各类别识别出现偏差。为了减少分布不平衡的差异,本文首先将概率为0%和33.33%的图片作为无缺陷的正样本,66.67%和100%的图片作为有缺陷的负样本,因此得到的样本分布如图2所示。
本文所使用的神经网络模型需要224 pixel×224 pixel大小的输入图像,由于给定数据集EL图像大小都是300 pixel×300 pixel,在输入前需要对通过压缩来得到符合大小的图片。对于样本分布不平衡问题,本文使用了数据增强方法。采用的第一种数据增强方法是随机水平和垂直翻转图像;第二种方法是对原始图像随机旋转一定角度(不超过2°),旋转所使用的插值方法为双三次插值;第三种方法是调整图像的亮度和对比度,因为光照强度的变化会对成像结果造成很大影响。在预处理阶段还对输入图片进行了去噪处理。
2 基于VGGNet的缺陷识别分类网络
神经网络在20世纪就已经被发现,经过十多年的发展,研究人员提出了各种不同的网络结构,从AlexNet到VGGNet、GoogLeNet和ResNet,随着网络深度和宽度的增加以及不同功能层的引入,其在图像识别的准确率不断提高。一方面,当增加网络层数后,网络可以进行更加复杂的特征提取,理论上可以取得更好的结果。但随着网络深度的增加,会出现退化的问题,由于深层网络存在着梯度消失或者爆炸的问题,深度学习模型很难训练。因此,设计一个实用的EL图像缺陷识别分类网络,需要结合理论分析和实验验证。
卷积神经网络作为一种特殊的深层的神经网络模型,它的核心思想是将局部感知、权值共享以及下采样结合起来,通过深度神经网络的逐层计算来学习图像的像素特征、低级特征、高级特征直至类别的隐式表达关系。2014年SIMONYAN K等人提出VGG网络,探索了CNN的深度与其性能之间的关系,成功地构筑了16~19层深的神经网络,输入为224×224×3的图片,经过卷积和池化的处理输出图像所属类别的概率[7],在具有1 000多个类别一百多万张图片的ImageNet数据集上取得了当时很好的效果。因此不少分类问题采用的卷积神经网络都以此为基础。
原始的VGG16网络结构如图3所示,由5组卷积层、3层全连接层、softmax输出层构成,每组卷积层之间使用max-pooling(最大化池)分开,所有隐层的激活单元都采用ReLU函数做非线性变换,用以加快网络收敛。图中,3×3 conv,64等表示卷积核尺寸为3×3,通道数为64的卷积层;pool/2表示滑动步长为2的池化层(这里为最大池化);fc 4096表示通道数为4096的全连接层;softmax表示softmax函数。对于每一组卷积操作,都包含多个特别小的3×3卷积核构成的卷积层,采用小卷积核既可以减少参数,又增加了非线性映射,从而增强网络的拟合效果。滑动步长为1,采用边界填充的方式,使得每个卷积层的输入/输出特征图的像素不变。池化层采用2×2的池化核。每一组的通道数从64开始扩大2倍,分别为64、128、256、512、512,使得更多的信息可以被提取出来。之后的3个全连接层通道数分别为4 096、4 096、1 000,最后通过softmax层得到图片属于每个类别的概率。在以下研究中,将最后的3层全连接层替换为卷积核为7×7和1×1的卷积层,通道数分别为4 096、4 096和2。
3 实验及其分析
3.1 网络训练方法
实验所用计算机内存为8 GB,使用英伟达GTX 1060显卡加速模型训练,显存为6 GB。软件环境为Ubuntu 16.04 LTS 64位系统,选用Python作为编程语言,采用TensorFlow深度学习开源框架,CUDA版本为9.0。
实验选取图片总数的80%进行训练,20%用来测试,即训练集图片数量为2 099,测试集数量为525。采用批量训练的方法,将训练集和测试集分成多个批次(batch),每个批次的大小为16或32,在对每一个batch训练完之后,对所有的测试集图片进行测试,迭代的次数记为steps。采用随机梯度下降算法作为优化器,学习率在训练中控制着参数的更新速度,这里使用指数衰减学习率,初始学习率为0.005,衰减速度为1 000,学习率衰减系数为0.9。训练得到的损失和准确率如图4所示。
通过大量实验,发现CNN在缺陷识别上有不错的效果,为了进一步提高分类的性能及减少训练所需的时间,下面将对不同的dropout概率和损失函数进行讨论,以期望得到更优的模型。
3.2 不同损失函数下的识别准确率
损失函数用来估量模型的预测值与真实值的相差程度,这里比较了两种常见的损失函数Hinge loss和Softmax loss。Hinge loss又称为折页损失函数,其函数表达式为:
其中,L为损失,t=[t1,t2,…,tN]T表示目标值;y=[y1,y2,…,yN]T,表示预测值输出;1≤j≤N,N为输出节点的数量。
这两种损失函数随着迭代次数变化的曲线如图5所示。在训练的初始阶段,Softmax loss要小于Hinge loss,但其下降的速度比较缓慢;训练200次以后Hinge loss迅速减小,说明模型收敛得更快,并且模型的鲁棒性更好。从这里可以看出,在电致发光图像缺陷识别的数据集上,二分类的Hinge loss具有更好的效果。
3.3 不同Dropout概率下的识别准确率
在数据集有限的情况下,通常使用dropout来缓解过拟合的发生,在一定程度上起到正则化的效果。它是指在标准的BP神经网络基础之上,使BP网络的隐藏层激活值以一定的比例变为0,即按照一定的比例,随机地让一部分隐藏层节点失效。存在dropout的神经网络计算过程如下:
图6给出了在不同dropout概率时对缺陷识别的准确率,从图中可以看出,当dropout概率在0.3时准确率最高。在训练的过程中,概率越小,网络的参数较多,对于训练集样本不足够大情况下,容易出现过拟合的现象;概率越小,由于所训练的神经网络节点数不足,并不能有效地拟合训练数据,导致最终的识别准确率下降,所以找到合适的概率对于模型的训练效果至关重要。
3.4 不同网络结构的识别效果分析
基于VGG16的卷积神经网络虽然在现有数据集上取得了良好的限制,但训练时间过长,通过对dropout概率的研究也表明网络中存在着冗余参数,因此为了提高训练的速度,本文对网络进行缩减,计算不同网络层数时的参数总量,记录下训练时的时间以及在测试集上的准确率,如表1所示。
表1中,结构1为完整的VGG16网络;结构2将每组卷积的卷积层个数减少为1、1、2、2、2,通道数不变;结构3将每组卷积的卷积层个数改为2、2、4、4、4,通道数不变,用来作对比;结构4将每组卷积的卷积层个数改为2、2、2、2、2,通道数不变;结构5~6每组卷积的个数均为1,结构4的通道数为64、128、256、512、512、4096、4096、2,结构5的通道数为32、64、128、256、256、2048、2048、2,结构6的通道数为16、32、64、128、128、1024、1024、2。
从表1中可以看出网络的参数主要集中在全连接层,在将全连接层的神经元节点数目缩减之后,训练的时间大大缩减。卷积操作承担着图像特征提取的任务,卷积层数量的缩减虽然会稍微降低识别的结果,但是能大大加速模型的训练速度,这对于工业上的电致发光图像缺陷识别有重要意义。
4 结论
本文提出将卷积神经网络用于太阳电池单元电致发光图像缺陷识别,它能够很好地提取电池片的缺陷,进行正确的分类。在2 624张样本上,用全卷积VGG16网络进行训练,经过大量的参数调节,识别的准确率达到93.95%。在此基础上本文研究了模型压缩后的训练速率以及识别准确率,得出在减少网络层数之后,模型的训练速率大大加快,并且不会使准确率明显下降。下一步的研究中,将在简化网络结构的基础上,提高模型性能和识别准确率,以便用于实际的电池片缺陷识别当中。
参考文献
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[2] TSAI D M,WU S C,LI W C.Defect detection of solar cells in electroluminescence images using Fourier image reconstruction [J].Solar Energy Materials and Solar Cells,2012,99(none):250-262.
[3] ANWAR S A,ABDULLAH M Z.Micro-crack detection of multicrystalline solar cells featuring an improved anisotropic diffusion filter and image segmentation technique[J].Eurasip Journal on Image &Video Processing,2014,2014(1):1-17.
[4] 许少尉,陈思宇.基于深度学习的图像分类方法[J].电子技术应用,2018,44(6):116-119.
[5] DEITSCH S,CHRISTLEIN V,BERGER S,et al.Automatic classification of defective photovoltaic module cells in electroluminescence images[J].arXiv preprint arXiv:1807.02894,2018.
[6] 马治楠,韩云杰,彭琳钰,等.基于深层卷积神经网络的剪枝优化[J].电子技术应用,2018,44(12):119-122,126.
[7] SIMONYAN K,ZISSERMAN A.Very deep convolutional networks for large-scale image recognition[J].arXiv preprint arXiv:1409.1556,2014.
[8] BUERHOP-LUTZ C,DEITSCH S,MAIER A F,et al.A benchmark for visual identification of defective solar cells in electroluminescence imagery[C].35th European PV Solar Energy Conference and Exhibition