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2015年 第51卷 第6期 刊出日期：2015-11-20

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生化反应动力学校对过程中的内部噪声

王超, 王宏利

2015, 51(6):  983-988.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.085

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从随机过程的角度, 对生物校对动力学过程进行了理论和数值分析。通过建立主方程, 对2步和3步中间过程的动力学校对随机动力学性质进行描述, 运用线性噪音近似的方法求得平衡态噪音的解析解, 并通过数值模拟的方法讨论噪音与参数间的关系。结果表明, 噪音随中间反应的进行而扩散和放大, 同时反应速率参数对噪音强度的大小也有显著影响。

CMIP5模拟的平流层21世纪温度变化趋势

杜怡心, 胡永云

2015, 51(6):  989-998.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.067

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21世纪平流层气候变化主要由两个因素所决定，一个是臭氧层恢复造成的变暖，另一个是温室气体增加造成的变冷。针对在这两种相反的辐射效应作用下，平流层气温如何变化这一重要问题, 使用CMIP5未来情景模拟试验的结果, 对2006—2100年间的平流层温度的变化趋势进行分析。结果表明, 臭氧恢复的增温效应在平流层低层起主导作用, 而温室气体增加的冷却效应在平流层高层起主导作用, 因此, 平流层低层(70 hPa 以下)呈变暖趋势, 而平流层中高层呈变冷趋势。通过对包含完整平流层的气候模式(高顶模式)和只包含部分平流层的气候模式(低顶模式)预估的温度趋势的差异进行分析, 发现高顶模式预估的变暖趋势大于低顶模式的结果, 这意味着模式是否包含完整平流层有可能对预估的平流层和对流层未来气候变化有重要影响。

一种快速高效的手势跟踪识别方法

全冬兵, 程如中, 赵勇, 魏江月, 梁浩, 魏益群

2015, 51(6):  999-1007.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.059

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为了降低识别复杂度, 提高识别效率, 实现手势的快速高效跟踪, 提出一种分情况检测思想和搜索框概念。首先对图像进行细检测, 得到目标的准确位置, 然后通过粗检测与跟踪相结合的方式进行目标跟踪, 并对跟踪结果进行修正和可信度判断。实验结果显示: 算法对图像手势的平均检测跟踪正确率可以达到
97.36%, 且保证平均漏检率在5%以下, 对各种外界因素具有较好的鲁棒性; 算法对视频图像的处理速度达19.42 帧/秒, 满足人机交互系统中的实时性需求; 与TLD 算法相比, 本算法在处理速度上有数量级的改善, 算法结果的正确率也有明显优势。

平面几何图形检索的关键问题研究

符松平, 吕肖庆, 刘璐, 冯天骁, 李克强, 汤帜

2015, 51(6):  1008-1016.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.086

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基于计算机辅助教学领域中平面几何图形的识别和检索研究, 提出一套可行的完整解决方案，并对手绘图美化、基本图元检测、显著性分析、位置关系描述和匹配度计算等关键问题进行分析。在深入分析几何图各级特征的同时, 提出具有较强针对性的布局关系描述和复杂图形匹配的多种算法, 使得几何图形最终得以直接用于内容检索, 弥补了基于关键字检索技术在描述查询意图方面的不足。实验结果表明, 本文提出的解决方案不仅可行, 而且具有较高的准确度。

PDF文档中的脚注识别研究

黎斯达, 高良才, 汤帜, 俞银燕

2015, 51(6):  1017-1021.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.087

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针对PDF 文档的脚注识别问题, 提出一种自动识别脚注及其引用, 并建立它们之间匹配关系的方法。首先针对PDF 文档提取脚注的一系列特征, 包括页面布局、字体信息、语义信息等, 然后基于文档部件风格一致性, 利用聚类技术, 处理在不同文档中相异但在同一文档中相似的特征, 从而使得识别过程能够适应不同文档类型。此外, 利用脚注与引用的匹配结果为识别过程提供反馈, 进一步提高了识别准确性。在真实文档测试集上的实验结果表明, 所提方法对于PDF 文档的脚注识别取得较高的准确率和召回率。

基于GeoSOT-3D的三维数据表达研究

胡晓光, 程承旗, 童晓冲

2015, 51(6):  1022-1028.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.120

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基于面向地球空间, 且具有边界不重叠、网格正交、经纬一致、与传统数据规格兼容性好等特点的GeoSOT-3D立体网格, 提出一种三维数据表达方法。该方法设计剖分预处理和剖分表达两个步骤来完成空间数据的真三维表达, 并对大气观测数据进行三维展示实验。实验结果验证了该方法的可行性, 为全球空间数据的表达提供一种新的解决思路。

基于视觉认知的禁令交通标志检测

胡晓光, 程承旗, 李德仁

2015, 51(6):  1029-1034.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.119

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根据交通标志的反差特性会强烈吸引人类视觉注意的设计原则, 结合生物视网膜会强烈响应场景中大反差视觉刺激的机理, 将基于视觉反差的层次结构的显著性分析框架引入交通标志的检测问题, 提出一种适合现实街景中交通标志检测的多线索视觉注意模型, 将对交通标志的检测定位转变为对显著目标的发现与分割问题。实验表明, 所提方法优于典型的显著性方法在面对现实街景时的目标检测性能。

健康女大学生步行和慢跑运动模式下足底压力中心轨迹相似度分析

黄红拾, 邱健威, 于媛媛, 杨洁, 敖英芳, 罗定生

2015, 51(6):  1035-1039.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.128

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应用 footscan® 足底压力测量系统, 对 32 例健康女大学生被试在步行和慢跑时足底压力中心(centre of pressure, COP)轨迹的变化规律进行不同运动模式下的对照研究, 分别分析左足、右足在5 次步行或慢跑时整个支撑期的COP 轨迹及其相似度。结果表明: 1) 不同运动模式(步行与慢跑)的COP 轨迹相似度低于0.25; 2) 同一运动模式(步行或慢跑)下, 左侧、右侧的COP 轨迹均具有很高的相似度(大于0.91)。其中被试内(同一被试) COP 轨迹相似度高于被试间(不同被试), 且前者方差低于后者, 差值具有显著意义; 被试内(同一被试)同侧足之间的COP 轨迹相似度高于异侧足间, 差值具有统计学意义。通过分析得到: 步行和慢跑两个运动模式的COP 轨迹相似度很低, COP 轨迹可以识别不同的运动模式; 运动模式相同时, 不同被试间的COP轨迹相似度较高, 且同一被试内同一侧的COP 轨迹相似度更高。研究结果可以为临床诊断、康复评定、矫形处方和运动训练等提供参考依据。

基于地震叠前反演的零散砂体岩体力学场建模

方媛媛, 师永民, 王磊, 杜书恒, 盛英帅

2015, 51(6):  1040-1046.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.075

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针对大庆油田外围扶杨低渗透油层分布零散, 岩体力学性质变化快, 储层改造难的问题, 在大量岩体力学原位模型测定的基础上, 研究纵横波速度之间的关系。从叠前弹性参数反演得到纵横波速度体, 利用岩石物理关系式得到井间的岩体力学参数场, 运用多元回归分析方法得到井点弹性参数值。结合井点与井间弹性参数值, 采用地质统计学方法建立非均质岩体力学三维场, 为水力压裂参数优化设计提供地质依据, 达到增产的效果。

层厚与岩性控制裂缝发育的力学机理研究——以鄂尔多斯盆地延长组为例

赵文韬, 侯贵廷, 张居增, 冯胜斌, 鞠玮, 尤源, 于璇, 詹彦

2015, 51(6):  1047-1058.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.064

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以鄂尔多斯盆地南部的延长组长6~7 段为例, 重点研究层厚和岩性控制构造裂缝发育的规律, 并对其裂缝面密度进行定量化研究。结果表明, 层厚影响构造裂缝发育, 薄层比厚层更易发育构造裂缝, 这与不同层厚中裂缝尖端应力集中情况不同有关。在一定厚度范围内, 裂缝面密度与层厚之间有幂指数关系; 当厚度超过临界值(约250 cm)时, 裂缝面密度基本上不变。在相同层厚和不同岩性条件下, 裂缝面密度由小到大依次为中砂岩、细砂岩、粉砂岩和页岩, 即在相同构造环境和等厚地层情况下, 碎屑岩粒级越小, 面密度越大, 构造裂缝面密度与岩石粒径之间呈负幂指数关系, 这与不同粒级的颗粒间应力不同有关。通过多元分析和力学机理探讨, 认为本区控制裂缝发育的两个因素中, 层厚是主控因素。

库车东部碎屑岩地层曲率对裂缝发育的影响

赵文韬, 侯贵廷, 鞠玮, 任康绪

2015, 51(6):  1059-1068.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.066

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为了研究地层曲率对构造裂缝发育的控制作用, 以库车东部中?下侏罗统至三叠系碎屑岩地层为例, 选取其中3 个褶皱或与断层相关褶皱(比尤勒包谷孜背斜、克孜勒努尔沟断层转折褶皱和阳霞煤矿牵引褶皱)为测量剖面, 进行构造裂缝面密度测量和地层曲率统计。结果表明: 地层曲率会影响构造裂缝的发育程度, 在同一地层中, 曲率大的位置比曲率小的更容易发育裂缝, 并且裂缝密度与地层曲率之间呈正线性关系。从固体力学角度对地层曲率影响裂缝发育的力学机制进行探讨, 认为裂缝密度与应力分布密切相关, 而应力与曲率呈正比例关系, 因此裂缝密度与地层曲率呈线性关系, 此结论对于弹性和塑形挠曲都成立。

灵山岛早白垩世构造应力解析及区域地质意义

李杰, 金爱文, 侯贵廷, 付文昭, 杨志强

2015, 51(6):  1069-1077.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.076

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通过对灵山岛野外地质考察及总结前人资料, 并利用节理、岩墙和褶皱等应力感应构造的测量分析, 得出研究区早白垩世可能存在四期构造作用: 莱阳期NW 向伸展形成近海盆地, 莱阳期末期NW 向挤压反转作用, 青山期NW 向伸展裂谷作用和早白垩世末期NW 向挤压反转。灵山岛早白垩世两期伸展作用可能是分别对华北地区增厚地壳或岩石圈重力垮塌和岩石圈拆沉的响应, 而两期挤压反转作用可能是研究区由伊泽奈崎板块NW 向俯冲消减向太平洋板块NW 向俯冲过渡的结果。

辽南变质核杂岩韧性拆离带的变形特征、应变与运动学涡度分析

李建波, 郭磊, 欧阳志侠, 曾涛, 丁园军, 张莹

2015, 51(6):  1078-1090.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.111

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辽南变质核杂岩西侧为一NNE 走向、NWW 倾向的低角度拆离断层带, 其中韧性剪切带由位于拆离断层带下部的糜棱岩组成, 糜棱岩中所有运动学指向标志都指示上盘向NWW 方向的伸展拆离。基于长石的R_f /φ 有限应变法, 对该糜棱岩进行测量, 结果显示糜棱岩的应变强度(E_s)介于0.36~1.0 之间, 平均0.75。付林图解与霍塞克图解显示应变类型为压扁型(罗德参数υ=0.11~0.98)。使用极摩尔圆法与有限应变法测量糜棱岩面理与线理形成时的运动学涡度, 其值介于0.74~0.96 之间, 平均0.85。使用C′法获得的伸展褶劈理C′形成时的运动学涡度介于0.10~0.84 之间, 平均0.58。依据运动学涡度、有限应变及拆离带的真实厚度, 计算获得拆离带的韧性减薄量为130~705 m。综合以上结论, 辽南变质核杂岩剪切变形机制是以糜棱岩面理与线理发育为代表的早期单剪为主的一般剪切以及以伸展褶劈理发育为代表的晚期纯剪为主的一般剪切。

太白山高山带距今5520年以来气候‒环境变化 —— 佛爷池沉积物的多指标记录及其结果的解译

张彩娜, 王红亚, 刘鸿雁, 程颖, 宋雅琼, 罗耀, 邓雷

2015, 51(6):  1091-1101.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.078

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佛爷池为秦岭主峰太白山南坡高山带的冰蚀湖。在其干涸的底床挖掘一条深70 cm 的探坑, 自坑壁取得沉积物样品。对这一剖面的3个样品做加速器质谱(AMS)¹⁴C 测年, 56个样品做总有机碳含量(TOC)和碳/氮比值(C/N)分析、低频磁化率(χ_lf)和非滞后性剩磁(ARM)测试、粒度分析和孢粉分析, 并计算ARM/χ_lf。利用这些测年结果建立这一剖面的年代框架, 并对TOC 和C/N, χ_lf, ARM 和ARM/χ_lf, 平均粒径及栎属孢粉(Qucercus)含量在剖面中的变化进行解译, 由此初步推测佛爷池周边距今5520 年以来的气候及环境变化。在5520~3800 aBP, 气候为冷干, 在其中的5100~4300 aBP 冷干程度可能最强。在3800~2300 aBP, 气候渐转暖湿。在300~1300 aBP, 气候更为湿润。在1300~700 aBP, 气候更为温暖,可能是过去5500 多年中最温暖的时期。在700~500 aBP, 气候再度变冷、变干。由于共同受到东亚季风的影响, 太白山高山带中、晚全新世这一气候?环境变化与中国东亚季风区一些地点的变化趋势颇为相似。

基于MODIS反演数据的河套地区荒漠化研究

毛志春, 宋宇, 李蒙蒙

2015, 51(6):  1102-1110.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.081

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基于2001—2013年MODIS遥感反演数据, 通过对土地覆盖类型、叶面积指数(LAI)、归一化植被指数(NDVI)和增强植被指数(EVI)4个方面的分析, 研究河套地区的荒漠化情况及其季节变化特点。结果表明, 2001—2013年, 河套地区整体植被覆盖转好, 其中, 耕地面积从2001年的4218 km² 增大到2013年的20470 km², LAI平均值从2003年的0.130~0.335增大到2013年的0.182~0.405, 平均NDVI和EVI逐年总体增大, 分别从2001年的0.142和0.095增大到2013年的0.193和0.116, 而且, 单位面积上的植被生长质量也在加强。此外, 归一化植被指数季节分布特点显示, 河套地区北部巴彦淖尔盟2013 年左右开始大面积种植一年两季粮食作物。但是, 研究结果表明河套地区植被覆盖指数仍较低, 北部和西南部荒漠化情况加剧, 若不采取有效措施, 极易出现“沙进人退”的生态环境问题。

2002—2011年华北平原北部农田缺水时空分布特征研究

李鹏飞, 冯瑶, 赵昕奕

2015, 51(6):  1112-1118.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.121

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利用华北平原北部气象站点实测气温、降水、风速等基本气象要素数据, 结合土壤相对湿度数据, 计算降水量、作物需水量和土壤水分变化量3个水分循环的核心变量, 构建华北平原北部农田水循环模型, 设计缺水量指标, 并分析2002—2011年华北平原北部农田缺水量的逐旬时空变化。结果表明: 华北平原北部的农田在整个作物生长阶段严重缺水, 大多数月份所有地区缺水, 仅7月中旬自然水分较为充足; 春季是华北平原北部农田干旱最严重的时期, 以河北中南部地区春旱最为严重; 秋季干旱程度相比春季较轻, 干旱相对严重的区域位于研究区域西北部; 衡水以及北京西部地区在整个作物生长阶段均严重缺水, 是干旱最为严重的区域。研究结果可为研究区水分利用管理及农田灌溉提供参考。

近40年珠江三角洲主要城市时空扩展特征及驱动力分析

徐进勇, 张增祥, 赵晓丽, 刘斌, 易玲

2015, 51(6):  1119-1131.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.122

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基于长时间序列多源卫星数据和GIS 技术, 研究近40 年珠江三角洲5 座城市(广州、深圳、珠海、香港和澳门)中心建成区的时空扩展特征以及建成区扩展的自然和社会经济驱动力。5座城市建成区总体在“八五计划”(1991—1995 年)和“十五计划”(2001—2005 年)两个时期扩展较快, 扩展速度具有明显的双峰特征。广州和深圳建成区的扩展模式表现为轴带组团式结构; 珠海、香港、澳门是多岛屿城市, 建成区以跳跃式组团扩展为主, 形成多中心空间分布格局。珠江三角洲建成区扩展总体对耕地影响最大, 其次为林地, 再次为农村居民点和工矿交通建设用地。围海造地对香港和澳门建成区扩展用地的贡献相对较大。地形条件、政策制定、交通发展、人口和经济发展是影响珠江三角洲城市扩展的重要驱动因子。1990—2010 年珠江三角洲主要城市建成区扩展倍数与人口增长倍数、GDP 增长倍数排序一致, 由小到大依次为香港、澳门、广州、珠海和深圳。

2014年5月武汉市输入型沙尘污染案例分析

王芬娟, 钟章雄, 吴舒婷, 张婉春, 李启杰, 胡世祥, 王建民

2015, 51(6):  1132-1140.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.106

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结合地面颗粒质量浓度、金属元素含量、垂直消光系数和地面气象观测资料、后轨迹模型及天气分析图, 分析2014年5月25—26日湖北武汉市监测的沙尘天气过程。结果表明, 这次沙尘暴源起新疆南部塔卡拉玛干沙漠和内蒙巴丹吉林和腾格尔沙漠, 随着冷空气向东向南传输, 兰州和银川PM₁₀小时浓度分别超过2000 μg/m³ 和1000 μg/m³, 武汉PM₁₀小时浓度超过500 μg/m³, 沙尘在传输过程中逐渐减弱。沙尘期间武汉市以粗颗粒污染为主, PM₁₀浓度陡升, PM_2.5占PM₁₀ 的含量下降到约35%。沙漠粉尘示踪元素Ca, V, Ba和Fe 浓度增加4 倍以上, 所占的总量百分比也增加一倍以上, As, Se, Cr, Cu, Zn 和Pb 等当地的人为污染源排放的金属元素浓度约为先前的1/5~2/5, 所占总量百分比下降明显。激光雷达观测到两次明显的沙尘沉降过程, 在近地面层(500 m 左右)存在均匀的消光系数大值区(最大0.086 km^-1)。以此例说明结合气象和环境的多种观测手段综合分析输入型空气污染的方法。

近代海河治理与河道冲淤变化研究

王长松, 陈然

2015, 51(6):  1141-1148.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.104

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依据海河工程局1892—1943 年的水文观测数据等档案资料, 从人地关系的视角分析河道的冲淤变化, 发现人类活动产生较大的作用, 而潮差和径流量是影响河道深度变化的主要因素。研究结果有利于今天维护海河泄洪防洪的功能。海河的治理过程是传统水利向现代水利的转型阶段, 在中国水利史上具有重要的历史意义。

张家口市生态服务价值对土地利用变化的响应

常上, 李珊珊, 宋豫秦

2015, 51(6):  1149-1156.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.105

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基于土地利用变化以及生态系统服务功能的理论研究, 对河北省张家口市1990, 2000和2008年的生态服务价值进行估算, 探讨土地利用对生态服务功能的影响。结果表明: 张家口市土地利用类型以耕地、草地和林地为主, 草地面积减少和建设用地面积增加幅度较大。不同土地类型产生的生态系统服务价值从大到小依次为林地、耕地、草地、水域、湿地, 其中林地、耕地、草地产生的价值之和约占总价值的90%。生态系统服务总价值在1990—2008 年总体上呈下降趋势, 尤其2000—2008年减少幅度显著, 其中草地、湿地的减幅最大。在各项生态系统服务功能中, 价值结构变化不大, 1990—2000年气候调节的服务价值显著减少, 原材料和水源涵养的服务价值增加幅度较大; 2000—2008年由于湿地和耕地面积的增加, 尤其是湿地面积的增加, 气候调节和食物生产的服务价值随之增加, 其他服务功能价值均减少。

基于InVEST模型的黑河中游土地利用变化水文效应时空分析

王雅, 蒙吉军

2015, 51(6):  1157-1165.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.107

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基于1986, 1995, 2000和2010年土地利用数据和InVEST模型, 研究近25年来黑河中游的土地利用变化规律, 模拟不同土地利用格局下的流域产流量, 并采用多元线性回归模型分析不同用地类型对流域产流的影响。结果表明: 1) 黑河中游主要用地类型为未利用地、草地和耕地, 2000年后土地利用结构变化较大, 大量耕地转化为建设用地; 2) 经过反复检验, 发现当Z=7.3时, 模拟产流量与自然径流量最为接近, 从子流域来看, 产流深度呈现从东南部到西北部逐渐递减的空间分布规律; 3) 林地面积增加抑制流域产流, 而草地、建设用地和未利用地会促进产流, 耕地在不同的利用方式下会产生正负不同的水文效应。研究结果可为实现绿洲水土资源平衡提供借鉴。

邢台市能源消费碳排放足迹的动态变化及对策

朱琛, 张璐璇, 李玉平

2015, 51(6):  1166-1170.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2015.099

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采用碳足迹模型, 分析2003—2013年邢台市能源消费碳排放足迹和碳排放足迹生态压力的动态变化。结果表明: 近10年来邢台市能源消费量逐年增多, 在总能源消费中, 化石能源消费所占比例在50%上下, 在化石能源消费中, 仍以煤炭消费为主, 这是受长期以煤炭为主要能源供应政策影响的必然结果; 人均总碳排放足迹与煤炭人均碳足迹呈波动增加的趋势, 石油人均碳足迹虽然有波动, 但总体变化不大, 天然气人均碳足迹呈现波动和快速上升两个阶段; 碳排放足迹生态压力总体为增加态势且其值大于1, 说明在能源利用过程中产生的CO2 远超出林地所吸纳的量。对邢台市未来的能源利用及产业结构提出相应的可行性对策, 以期为优化能源利用结构和构建低碳经济发展模式, 实现可持续发展提供科学的决策依据。