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以GIS为核心的数字化成图系统的设计与实现[摘要]本文阐述了基于组件式GIS来开发以GIS为核心的数字化成图系统的优越性，以及以GIS为核心的数字化成图系统的设计目标和基础地形要素的编码方案。文中还结合SuperMap Survey的开发过程，介绍了如何设计与实现基于GIS内核的专业数字化成图系统。 It’s necessary to develop a Digital Mapping System(DMS) specially for GIS to solve problems resulting from data conversion between DMS and this paper,The advantages of development DMS for GIS based on Components GIS(ComGIS) technology are addition,the goals for DMS for GIS are listed and how to encode GIS entities is also Survey is used to discuss the details for develop DMS for GIS.[关键词]数字化成图系统 以GIS为核心 组件式GIS 设计目标 SuperMap Survey Digital Mapping System,for GIS,Component GIS,Goals,SuperMap Survey 1． 引言数字化成图技术是目前最为常用的成图技术之一,数字化成图系统所提供的电子数据也是GIS一个非常重要的数据来源。数字化成图系统所提供的电子数据与GIS数据之间的无缝联接问题也是当前GIS发展亟需解决的难点问题之一。虽然当前国内外市场上数字化成图系统很多，但到目前为止，都未能很好地解决现有的问题。数字化成图系统所提交的电子数据进入GIS后存在的问题主要表现在： （1） 在数据转换过程中普遍存在着信息损失。由于传统的数字化成图系统大多是基于CAD内核来开发的，它偏重于对空间几何信息的描述；而GIS则要求空间信息与属性信息联合存储与管理，这就导致了在数据转换的过程中，不仅空间信息会有损失，属性信息损失的情况会更严重。 （2） 数据转入后往往不能直接满足GIS的要求，仍需要大量的后期编辑工作，造成了资源的浪费，延长了系统的建设周期。 （3） GIS基础数据库的维护与更新的难度较大。由于在维护与更新的过程中需要在GIS与数字化成图系统之间进行频繁的数据转换，往往不能直接对基础数据库进行操作，造成了基础数据维护与更新的不便。 （4） 在数据转换的过程中，除了信息损失外，还往往伴随着数据膨胀。数据膨胀的结果有时会导致GIS无法对这些“海量”数据进行管理。 导致上述问题的原因有很多，归纳起来，主要有以下几方面的原因： （1） 数据的复杂性与多样性。主要表现为现实世界的复杂性与多样性以及对同一空间对象在不同成图系统中描述与表达的不一致性。 （2） 对GIS理解的不同。不同的数字化成图系统的开发人员对GIS理解的不同，再加上缺乏相应的统一标准作为参照，这就导致了数据在表达上的差异性。 （3） 由于受到基础开发平台及开发力量的限制，数字化成图系统往往不能很好地兼顾到GIS对数据的要求。目前，绝大多数的数字化成图系统的开发商都不是GIS基础平台的开发商，这也或多或少地影响了数字化成图系统与GIS之间的沟通。 目前，市场上数字化成图系统较多，按其开发方式来分，主要可以分为两大类：（1）以CAD系统为二次开发平台。这些系统很好地利用了CAD系统灵活的编辑和强大的制图功能，但由于CAD系统与GIS在数据结构上存在着较大的差异，这使得其数据往往不能很好地满足GIS的要求。（2）独立平台的数字化成图系统。这样的系统在开发上虽然不必拘泥于二次开发开台的限制，在开发上具有较大的灵活性。但开发这样的系统，需要完全从底层做起，开发难度高，周期长，投资大。 组件式GIS（Components GIS，ComGIS）技术的出现，为开发以GIS为核心的数字化成图系统提供了一种新的开发手段和开发思路。2. ComGIS技术及其作为数字化成图系统开发平台的优越性 什么是组件式GIS技术组件式软件技术已经成为当今软件技术的潮流之一。基于组件开发(Component-Based Development，简称CBD)是软件开发的一次革命。与诸如面向对象和客户/服务器(Client/Server)等新趋势不同，基于组件开发不只是一种分布计算的新花样，而是一种广泛的体系结构，支持包括设计、开发和部署在内的整个生命周期计算的理念。 由于基于组件开发具有高度的重用性和互用性，所以它将影响应用程序构成的各个方面，包括所有类型的客户机，应用程序服务器和数据库服务器，将对应用程序开发的各个方面产生深刻影响。 基于组件开发的两个重要规范分别是MicroSoft的COM/DCOM和OMG的CORBA。目前Microsoft的COM/DCOM占市场领导地位，已经得到广泛应用，并逐渐成为业界事实上的标准。基于COM/DCOM，MicroSoft推出了ActiveX技术，ActiveX控件是当今可视化程序设计中应用最为广泛的标准组件。 所谓组件式GIS，是指基于组件对象平台，以一组具有某种标准通信接口的、允许跨语言应用的组件提供的GIS。这种组件称为GIS组件，GIS组件之间以及GIS组件与其他组件之间可以通过标准的通信接口实现交互，这种交互甚至可以跨计算机实现。 目前，国内外GIS厂商对组件式GIS平台的发展前景十分看好，纷纷推出了各自的GIS产品。如北京超图地理信息技术有限公司推出的全组件式GIS平台SuperMap2000、北京图原公司开发的MapEngineer、ESRI的MapObjects、MapInfo的MapX等。值得欣慰的是，国产的组件式GIS平台在功能上已经完全可以与国外同类产品相抗衡，在许多方面甚至优于国外同类产品，这使得开发以GIS为核心的数字化成图系统有了更大的选择空间。 使用组件式GIS开发数字化成图系统的优越性组件式GIS的出现为开发以GIS为核心的数字化成图系统提供了一种新的开发手段，与传统的开发手段相比较，其优越性主要表现在： （1） 组件式GIS本身就是一个完整的GIS，其数据模型与GIS的数据模型完全一致。基于此进行开发，可以保证数字化成图系统与GIS之间具有良好的兼容性。 （2） 组件式GIS具有灵活的开发手段。我们可以自由选择自己所熟悉的计算机语言进行开发（如VB，VC，Delphi,C Builder等），而不必专门学习二次开发语言。组件式GIS提供两种不同层次上的开发，一是基于ActiveX控件进行开发；二是直接基于组件式GIS的底层类库（SDK）进行开发。我们可以根据自己的需要灵活选择。 （3） 由于组件式GIS完全封装了GIS的功能，这使是开发人员可以完全专注于专业功能的实现，这就使得开发难度和开发周期大大降低。 （4） 基于组件式GIS开发的数字化成图系统具有良好的可扩充性。组件式GIS可以与包括数字化成图系统在内的其他系统无缝集成，开发人员可以直接使用已经写好的程序代码；组件式GIS平台往往由多个组件组成，开发人员可以根据系统的需要，随时选用新的组件对系统进行升级；在组件平台功能增强的情况下，开发人员甚至不用重新编译整个程序就可直接使用增强的底层功能，这就大大降低了系统维护和升级的难度。表1 使用ComGIS的开发手段与传统的开发手段的比较比较内容\开发手段 基于ComGIS平台 基于CAD平台 完全由底层开发 与GIS的兼容性 完全兼容 差 一般 是否以GIS为核心 是 否 很难做到 对空间数据库的支持 好 很差 差 开发难度 低 低 高 开发周期 短 短 长 开发投资 小 小 大 可扩展性 好 一般 较好 开发语言的选择 很多 少 很多 是否支持可视化开发 是 否 是 是否自主版权 是 否 是 3 以GIS为核心的数字化成图系统的设计 系统的设计目标传统的数字化成图系统经过多年的发展，已经形成了一套比较完整的理论和技术体系。但是，GIS技术的飞速发展和广泛应用，对数字化成图系统提出了更高的要求，ComGIS技术的出现为传统的数字化成图系统向以GIS为核心的数字化成图系统的转变提供了一个较为理想的开发手段。与传统的数字化成图系统相相比较，以GIS为核心的数字化成图系统在设计上需要达到以下目标： （1） 以GIS为核心，面向GIS。这就要求在系统的开发过程中充分考虑GIS对数据的要求，解决当前成图系统数据进入GIS所存在的问题。以GIS为核心是整个系统设计的灵魂和精华所在。（2） 兼顾制图与GIS的双重需求。在满足GIS需要的同时，还必须考虑到制图对于数据表达的要求，其核心是实体的符号化表达。 （3） 开放性设计。不同地区、不同的GIS对数据的要求千差万别，这就要求数字化成图系统具有较大的灵活性和可定制性，以不变应万变。可定制性的内容应包括实体代码、实体属性、实体分层等。 （4） 对空间数据库的支持。近几年来，基于大型关系型数据库（如Oracle,SQL Sever等）的空间数据库技术在GIS工程建设中得到了广泛的应用，如何直接基于空间数据库进行数据的存储、管理、维护与更新是急需解决的问题之一。 （5） 多源数据集成。当前，数字化成图系统的电子数据格式和GIS的数据格式很多，数字化成图系统如果以对这些数据格式有着良好的支持，这会大大降低数据入库的难度，解决GIS工程建设中的数据瓶颈问题。 （6） 操作简便，符合作业人员的作业习惯。面向GIS进行数字化成图系统，工作量的增加是不可避免的。以GIS为核心的数字化成图系统必须提供高效简便的操作方式，以提高作业效率。 （7） 标准化与规范化。 基础地形数据编码的设计地形数据编码是在GIS中唯一标识某一地物的关键字。基础地形数据编码的设计也是在GIS中进行制图的需要,也是实现基础空间信息共享的基础。基础地形数据的编码是开发以GIS为核心的数字化成图系统的基础，是系统成败的关键之一。在进行基础地形数据编码设计时，必须遵循几个原则：（1）遵从国家和行业标准。（2）方便应用。用户可根据不同的需求，分层和按专题要素提取基础地形要素信息，随意定制专题显示及输出。（3）系统实现便利。在实际进行设计时，可在《国家基础地形要素编码》的基础上加以扩充，以满足系统的实际需要。 在实际系统的开发中，我们采用了基于实体特征的城市基础地理信息分类编码方案。该方案的特点是在地理要素分类的基础上，加入构成地理要素的实体的分类与特征属性，能够较好地满足GIS制图与分析的应用需求。有关该编码的详细内容可参考《基于实体特征的城市基础地理信息分类编码方案》（梁军，金文华）一文，本文不再赘述。 下面是一个地形要素的编码示例 编码 = 地形要素分类码（4位） 地形要素特征码 如： 1 1 1 0 2 0 （三角点点状符号的编码） 系统的功能设计 在功能设计上，以GIS为核心的数字化成图系统必须兼顾制图与GIS的双重需求。按其工作流程，可将其划分为以下几个模块： （1） 数据输入模块。在此模块中，应支持目前常见的几种数据采集手段。包括:野外数字化测图（测绘）、扫描图矢量化、其他格式的电子数据（GIS数据和CAD数据）转入。在数据输入模块中，还需支持空间数据库作为其数据源。 （2） 编辑模块。这是以GIS为核心的数字化成图系统的核心模块。在编辑模块中，所有GIS实体的创建过程都必须是由系统完全封装而且是自动完成的。 （3） 查询、统计与分析。基于现有系统，可以直接完成一些常见的、简单的查询、统计与分析功能。 （4） 输出模块。包括几个方面的内容：制图输出、报表输出、其他格式的GIS数据输出、数据直接存入空间数据库。 4.以GIS为核心的数字化成图系统SuperMap Survey的实现 组件式GIS平台的选择 SuperMap Survey是北京超图地理信息技术有限公司开发的一套完全以GIS为核心的数字化成图系统。在组件式GIS平台的选择上，我们选择了全组件式GIS平台---SuperMap2000作为SuperMap Survey的开发平台。SuperMap2000是北京超图地理信息技术有限公司推出的全组件式GIS平台，与其他的ComGIS平台相比较，SuperMap2000更加适合作为以GIS为核心的数字化成图系统开发的基础平台，这主要是因为： u SuperMap提供了两种层次的开发手段：ActiveX控件和SDK。特别是提供SDK的开发手段，特别适合开发这样的系统。 u 多组件组成。SuperMap2000由SuperMap核心控件、SuperWorkspace、SuperLegend、SuperTopo、Super3D、SuperLayout等多个组件，在组件的选择上具有很大的灵活性，使得整个系统的扩充性大大增强。 u 开放的线型和符号制作功能。SuperMap 2000 内置功能强大的线型编辑器和符号编辑器，允许用户根据专业需要设计新的线型和符号。 u 强大的制图、编辑和捕捉功能。SuperMap2000提供了可与CAD相媲美的编辑和捕捉功能，缩小了GIS和CAD系统在这方面的差距。 u 独特的多源空间数据无缝集成技术（SIMS）。SuperMap 2000 的数据转换功能可以方便地共享其他GIS软件平台的地理数据，提供了转换多种数据格式的能力。 u 空间数据库支持。通过SuperMap的空间数据库引擎，可以直接支持基于大型关系型数据库（如Oracle,SQL Server等）存储和管理空间数据。 SuperMap Survey的实现 在开发SuperMap Survey的时候，我们采用了SuperMap的底层SDK，编程语言采用了Visual C 。在SuperMap SDK的支持下，我们针对数字化成图系统的需要进行了功能的扩充。在数据的存储结构上，我们采用了SuperMap2000所提供的SDB格式的数据存储结构，它是最大优点是采用双文件结构，而不是常见的一层一组文件的存储方式，这样就有利于保持数据的完整性。在编辑制图方面，我们对SuperMap底层所提供的编辑功能作了进一步的扩充，增加了适合数字化成图所需要的编辑功能。系统对于空间数据库的支持和其他格式GIS数据的支持，是基于SuperMap2000的空间数据库技术和SIMS技术来实现的。 经过紧张的开发，我们基于SuperMap2000的SDK，现已初步完成了以GIS为核心的数字化成图系统的开发工作，基本上实现了系统的设计目标。在SuperMap Survey中，我们实现了以下功能： （1） 支持常用的测绘手段进行野外数字化测图。包括测记法（包括电子手簿），内外业一体化数据采集（电子平板）。利用SuperMap Survey可进行常规的大比例尺数字化测图。 （2） 扫描图矢量化。SuperMap Survey支持常见图像格式的图像调入、配准、切边、配准和屏幕矢量化。 （3） 支持基于SQL Server和Oracle等的空间数据库操作。可直接编辑数据库中的数据。 （4） 支持多种格式的GIS数据和CAD数据的导入和导出。 （5） 适合数字化成图系统的编辑和捕捉功能。完全自动化的GIS实体创建。专为地籍测量定制的地籍测量模块。 （6） 提供最为常用的GIS查询、统计和分析功能。 （7） 基于模板的标准图件输出。 （8） 开放性设计。使用SuperMap Survey所提供的参数管理程序可方便地定制各种参数。 图1 基于SuperMap2000开发的以GIS为核心的数字化成图系统五 结论 以GIS为核心的数字化成图系统的开发，较好地解决了传统的数字化成图系统所提供的电子数据进入GIS所存在的问题，在实际应用中取得了良好的效果。 在系统开发的过程中，我们深深地体会到，以ComGIS作为数字化成图系统的开发平台，与传统的开发技术相比较，开发难度适中，开发周期短，开发投资小，与GIS的兼容性好，是开发以GIS为核心的数字化成图系统的理想选择。 [参考文献] [1]陈述彭等，《地理信息系统导论》，科学出版社，北京， [2]杨德麟等，《大比例尺数字测图的原理、方法和应用》，清华大学出版社，北京， [3]宋关福、钟耳顺，”组件式地理信息系统研究与开发”， 《图像图形学报》， , [4]中科院地理信息产业发展中心，《杭州市土地信息系统基础地形信息编码与分层方案》， [5]北京超图地理信息技术有限公司，《理解SuperMap GIS》， 图片不知道怎么发上来请自己去参考资料查看
马泽忠1、2 张孝成1 廖和平3
（1.重庆市土地勘测规划院，重庆，400020；2.中国人民解放军重庆后勤工程学院，重庆，400201；3.西南大学，重庆，400060）
摘要：本文以南岸区为例，根据人口预测模型和人均建设用地指标预测城镇建设用地需求规模；通过指标因子网格（Grid）空间模拟，采用综合指数法求取网格综合城镇建设用地适宜性指数；以地理事物相近相似原理，以城镇建设用地需求规模为控制，以地理信息系统为支持，通过网格合并预测城镇建设用地规模范围。研究表明，采用基于综合城镇建设用地适宜性指数计算机自动获取建设用地范围边界具有较高的科学性和实用性，可为土地主管部门和土地利用总体规划建设用地布局提供决策支持。
关键词：网格；适宜性指数；空间模拟；南岸区；重庆市
1 研究区域概况
南岸区位于重庆市都市圈内，地处长江以南，介于东经 106°31′～106°48′、北纬29°27′～29°38′之间，全区面积。2004年全区总人口526787人，其中农村人口占，城镇人口占 %，人口密度为2020 人/km2。南岸区地貌属川东平行岭谷的一部分，在区境内自西向东有四条背斜和三条向斜，背斜成山，向斜则形成以丘陵为主的谷地，构成了本区低山、丘陵、平坝的地貌组合特征。全区最高海拔681 m；最低海拔157m，相对高差524m。2004年末农用地总面积，占全区土地总面积的；建设用地总面积，占全区土地总面积的。其中，城市用地，占居民点及工矿用地的；建制镇用地，占居民点及工矿用地的；农村居民点用地，占居民点及工矿用地的；独立工矿用地，占居民点及工矿用地的；特殊用地，占居民点及工矿用地的；交通运输用地面积，占建设用地面积的；未利用地总面积，占全区土地总面积的。南岸区2004年土地资源利用结构中，农用地、建设用地和未利用地的比重为∶∶，以农用地为主。
2 城镇建设用地规模测算
城镇建设用地规模的大小应与人口规模、产业规模、经济规模相适应，同时还受土地利用条件、地形地貌等自然条件的限制，因此，预测城镇用地规模应从实际出发、因地制宜、量力而行，规模适度，不可贪大求全，致使城市无限制膨胀，造成土地资源的浪费。考虑到区域经济发展受许多非确定因素的影响，预测城镇发展空间时也应适当超前，留有余地，增强预测结果的可操作性。城镇建设用地应走内涵挖潜和适度外延扩大相结合的集约型道路，必须首先挖掘各种闲置土地和利用不充分、不合理的土地用于城镇建设；城镇空间的扩展，尽量少占或不占耕地。
人口预测
人口预测的方法一般有指数增长法、回归预测法、逻辑斯第函数预测法、人口年龄推算法等，根据县级土地利用总体规划规程，一般采用指数增长法进行人口预测，预测公式如下：
P＝P0 （1 ＋K）n ＋nΔP （1）
式中，P为规划目标年的总人口数；P0 为规划基期年的总人口；K为规划期人口自然增长率；n为规划年限；ΔP为规划期间平均每年人口机械增长数。
根据统计数据，南岸区历年人口自然增长率为‰左右，到2010年，南岸区的人口增长速度不会产生大的波动，因此取K＝‰。由于南岸区社会发展迅速，人口机械增长速度较大，根据多种统计数据，近年机械人口增长速度保持在82093人/年，因此到2010年，南岸区人口数量将达到1024420人。
城镇人口预测
2004年南岸区总人口526787人，城镇化率为，城镇人口406883人。根据统计数据，南岸区城镇人口的自然增长率为‰，通过农转非、区外人口迁入等形式，每年增加城镇人口 68171 人，依公式（1）计算 406883×（1 ＋‰）6 ＋6×98171＝819629，预计2010城镇化率将达到，通过历年城市水平现行模拟预测所得到的结果为，大致相似，因此本次研究取2010年南岸区城市化水平为。
城镇建设用地需求量预测
建设用地需求量的定量预测方法通常有趋势预测法、回归预测法和定额指标预测法。趋势预测法是根据土地的实际需求量随时间的变动规律来外推今后的土地需求量，通常以时间t为自变量，土地需求量为因变量建立趋势线方程，其一般形式为 。趋势线方程通常有直线方程、二次曲线方程和指数方程。回归预测法是根据变量之间的相互关系，利用其他变量的已知值来推断预测变量的值，是通过表明两个或几个变量之间关系的数学方程式进行预测的一种方法。因此，应用回归预测法同时需要两组时间顺序相同、相互关系密切的时间序列。定额指标法是一种简便、准确的预测方法，主要是运用城市人口预测结果，以部颁人均用地限额为定额指标计算用地需求量。根据南岸区建设的实际和集约用地要求，在选用指标级别时，尽量选用较为宽松的人均用地指标。
人均城镇建设用地指标
南岸区现状人均城镇建设用地指标2004年为人，本研究选用城镇建设人均用地规划指标2010年为87m2/人，能够满足城镇发展需要。
规划城镇建设用地面积
819629 人×87 （m2/人）/10000＝，规划新增加城镇建设用地面积 Sc为。
3 建设用地扩展范围预测
城镇用地总体布局就是在城镇性质、规模以及规划期间主要的建设项目和有关总体规划的经济技术指标已经确定的情况下，在城镇用地评价和选择的基础上，对规划期内城镇布局形式和各项建设统筹安排、合理布局，制定出科学的用地布局方案。本次研究通过指标因子网格（Grid）空间模拟，采用综合指数法求取网格综合城镇建设用地适宜性指数；以地理事物相近相似原理，以城镇建设用地需求规模为控制，以地理信息系统为支持，通过网格合并预测城镇建设用地规模范围。
建设用地扩展范围影响因素
建设用地的选择就是依据城镇用地适宜性评价结果和城镇用地可持续利用的要求，合理的确定城镇的具体位置和建设用地扩展范围。影响建设用地扩展范围的因素多种多样，主要包括以下几个方面。
（1）地貌条件 地貌条件影响城镇的分布位置、平面结构和空间布局，同时不同的地貌条件还影响各项建筑物的用地布置和工程设施的建设。主要参考指标包括地表破碎度、坡度、地貌部位、地貌类型等。
（2）地质水文条件 由于地质构造和土层的自然堆积情况不一，因而对建筑物的承载能力造成差异；不同的水文条件影响城镇的发展规模和安全问题。主要参考指标为：地层岩性、地质构造、降水、河网密度，河流洪水位等。
（3）社会经济条件 城镇用地规模和扩展范围必须从城镇用地布局现状出发，按照国民经济和社会发展的需要、城镇用地功能组织及城镇景观建设的要求，统筹安排、合理布局。因此影响城镇建设用地布局和扩展的因素主要包括如下社会经济条件：区域现状路网密度、区域规划路网密度、现状城镇建设用地规模影响度、土地利用类型、单位固定资产投资新增建设用地面积等。
建设用地扩展范围预测方法
建设用地扩展范围预测首先将研究区域在一定尺度下进行网格划分，针对不同的网格进行城镇用地适宜性评价，形成区域城镇建设用地适宜性评价结果；其次，以新增建设用地规模为控制，采用基于网格数据处理技术的计算机自动搜索方法获取城镇建设用地扩展范围。
建设用地扩展范围预测结果
城镇建设用地适宜性评价
应用层次分析法和特尔菲法，确定研究区域城镇建设用地适宜性评价指标和各指标权重，如表1。
表1 城镇建设用地适宜性评价指标权重值
应用地理信息用空间数据模拟方法，以地面100 m 网格精度将各评价指标在研究区域内进行连续分布模拟，得到区域标准化后指标数据在研究区域内的连续分布值，如图1为研究区内地表破碎度模拟。
应用综合指数法对研究区域城镇建设用地适宜性以地面分辨率为100 m 网格单元进行综合评价，每一网格单元适宜性综合指数计算公式为：
图1 地表破碎度模拟 （图中值越高，破碎度越大）
土地信息技术的创新与土地科学技术发展：2006年中国土地学会学术年会论文集
式中，Pi为第i个网格单元城镇建设用地适宜性综合指数；Vj 为各项指标权重；X′j为各网格单元评价 j 项指标标准化后分值，m 为指标项数；n 为流域内所划分的网格单元个数即CELL 的个数。
通过地理信息系统空间数学运算，得到南岸区城镇建设用地适宜性综合指数分布图（图2）。
图2 南岸区城镇建设用地适宜性综合指数分布
预测结果
以地理事物相近相似原理为基础，应用VB6集成开发环境和ESRI公司的Arc Objects组件系列开发自动分区程序模块，分区的计算机编程实现流程如图3。
图3 确定城镇建设用地扩展范围算法流程图
（1）确定城镇建设用地地块的最小面积 Smin，凡是小于Smin的地块应当被合并。
（2）以评价单元为最小的合并对象，将其合并到邻域内最相似的适宜性类型区，如果邻域内有多个相似的地块，则合并到其中面积最大的地块内。
最后将合并对象以评价单元面积的整数倍进行增加，直到城镇建设用地最小的地块面积都不小于Smin时，且总面积为预测需增加的建设用地时，中止循环并输出区域城镇建设用地分区图（图4）。
由图可知，南岸区未来城市发展重点在长生桥镇，南山和东部区域应作为生态保护区，不适宜城市发展，这与传统方法所作的土地利用总体规划基本一致。在城镇建设用地扩展方向上，本次研究结果表明，南岸区主要向北发展，重点发展中部，兼顾小城镇规模，在发展茶园新城区的同时，必须给各建制镇预留城镇建设用地指标。
图4 南岸区城镇建设用地扩展范围预测结果
4 结论
通过研究可得到如下结论：
（1）应用空间数据模拟技术，可以直观地表达间断地理现象的区域空间分布趋势，为数学模型分析提供了可靠的数据支持。
（2）采用基于网格数据处理技术的计算机自动搜索方法获取城镇建设用地扩展范围，为土地利用规划中划定城镇建设用地及其他用地类型范围提供了较为科学的技术支撑，使规划中建设用地的布局更科学、合理。
（3）通过本项研究，将土地适宜性评价和土地利用规划有机地忸结合起来，为未来土地利用规划在方法上做了有益的探索。
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测绘工程论文参考文献
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bim和gis论文参考文献
【 摘要 】随着科学技术的进步，现代化技术逐渐融入住宅建筑中，BIM技术就是其中一种，其在住宅建筑设计中的应用既优化了住宅建筑的设计方案，又让住宅建筑的建筑设计更加合理、更加节能。论文主要对BIM技术在住宅建筑设计中的应用进行分析，并提出了相应的发展建议。
【 关键词 】BIM技术；住宅建筑；设计
1引言
BIM技术在住宅建筑设计中的应用，能发挥它独有的优势，从而缩短设计时间，提高住宅建筑的设计质量与居住舒适度，并推动住宅建筑的快速发展。随着人们对生活要求的不断提高，为满足人们的要求，在住宅建筑的设计中融入了BIM技术，该技术能将人们对居住的要求进行统计和融合，从而更好地设计出适合广大人民群众居住的住宅建筑[1]。
2BIM技术的定义及优点
定义
BIM技术就是在建筑工程中通过计算机，利用建筑工程的相关数据以及数字防震技术，对建筑设计进行优化和改良，目的是更好地设计出适合居住和生活的建筑。通过BIM技术对建筑进行模拟，建立模型，能降低建筑在施工过程中的风险，提高建筑的设计和施工质量，缩短建筑工程的工期[2]。BIM技术能对建筑的施工过程进行模拟，具有协调性、优化性以及模拟性等特点，因此，在住宅建筑的建设过程中采用BIM技术能有效地改善住宅建筑在设计中的不足之处，提高住宅建筑在施工过程以及建成投入使用之后的安全性。
技术在住宅建筑设计过程中的应用的优点
随着科学技术和经济的发展，人们对生活的要求已经从“解决温饱”改为“精致生活”。在选择住宅时，选择依据已经从以前“能遮风避雨”改为现在的“舒适、典雅”。为了满足人们的要求，BIM技术被广泛应用于建设过程中，主要有以下优点：（1）能通过相关数据，建立数学模型，并通过计算机技术将模型可视化，让设计人员直观地进行观察，了解设计中的不足之处，进而对设计方案进行修正和优化，提高住宅建筑的舒适度。同时，还可以根据业主的不同要求，进行相应的设计，如通风管道、房屋朝向等。（2）通过BIM技术的应用，能提前对建筑的最终质量进行实时的评估，并根据评估结果进行优化。而且，在对BIM模型进行评估的内容当中，包括对住宅建筑的施工过程以及建设成果进行安全评估，有利于缩短评估时间。（3）减轻了绘图人员的工作压力，通过BIM技术能直接将住宅建筑的设计图展现出来，从而减少了人工绘图中容易出现的失误。并且，对于各种施工段的安排，管理人员也可以通过对BIM模型的分析得出相应的结论。
3BIM技术在住宅建筑设计中的具体运用
技术运用于结构设计
计算机最大的特点是能快速、准确地进行复杂的运算，并将计算结果以多种形式表示出来。应对住宅建筑的诸多要求，BIM技术可以利用计算机技术将计算结果以数学模型的形式展现出来，并且住宅建筑的设计人员可以根据BIM技术的这一功能，将住宅建筑的内部结构数据，用模型展现出来。这样，不仅缩短了设计人员在设计时要不断测试、不断计算的时间，而且数字模型的整体性和完整性也为设计人员提供了更直观、更准确的设计结果。同时，可以通过模型对住宅建筑的结构进行分析和总结，快速找出结构设计中的不足之处。另外，通过计算机庞大的数据库，BIM技术能根据设计人员的要求，对已经存在的结构进行分析和改进，在满足设计人员要求的前提下，自动修改设计图、自动出图并修改文档。因此，利用BIM技术对住宅建筑的结构进行设计，能有效地防止因为设计人员考虑不周导致建筑结构存在问题，并提高设计人员的工作效率。
技术在节能、环保设计中的应用
随着我国环境污染的加剧，绿色居住环境已成为当前人们对住宅的基本要求。当前很多住宅建筑的设计都会融入绿色理念，这不仅要求住宅建筑在施工时做到减少灰尘的排放、减少噪声污染等问题，还要保证使用绿色环保的建筑材料进行施工[3]。据统计，我国的既有建筑中有超过400亿m2的建筑存在高耗能现象，随着能源的减少，如何减少建筑的耗能是每个建筑设计人员必须要考虑的问题。而通过BIM技术能利用数学模型模拟各种情况下住宅建筑的耗能情况，从而为设计人员对建筑的能耗分析提供便利。例如，采光。很多建筑都是因为在设计时，没有充分考虑建筑周围环境的变化，导致很多建筑随着周围环境的变化，采光效果越来越弱，使很多住户即使在有太阳的情况下，都需要开灯进行照明，不仅影响了人们居住的舒适度，而且使建筑耗能过多。而采用BIM技术，可以对建筑的能耗情况进行模拟，从而有效地减少因为建筑周围环境的改变而导致住宅建筑在节能、环保方面出现大的变化。而且BIM技术可以根据设计人员的要求，提供最环保的建筑材料供设计者参考，从而提高住宅建筑的环保性、绿色性和节能性[4]。
技术运用于建筑需求设计运用
BIM技术时，设计者需要对现场环境进行分析，并记录相关数据，然后将这些数据导入BIM模型中。在应用BIM技术的过程中，BIM模型的建立是最关键的一个环节，在实际的设计过程中，需要考虑住宅建筑各方面的需求，如现场的基础环境状况、施工条件、业主的要求等，都属于设计者需要考虑的内容，并且一旦出现了与这些内容不相吻合的因素，需要迅速加以调整，并对BIM模型进行相应的纠正，使BIM模型设计与最终的.工程开展有着较高的一致性，从而提高工程效率。
4BIM技术在住宅建筑设计中的应用前景
随着科技的进步，计算机的功能越来越强大，与此同时，人们的文化观念也在持续增长，对居住环境的舒适度的要求也越来越高，不再仅仅重视基础的安全稳定，还需要具有良好的绿色环保性能。而传统的设计理念已经不能满足现在人们的居住要求，出现了很多纰漏，因而需要对传统的设计方式以及设计理念进行创新，积极采用BIM技术进行全新的设计。在住宅建筑设计中，采用BIM技术能更好地设计出符合当前人们居住要求的住宅建筑，并且舒适度和安全性能较高，有较高的灵活性，可以根据客户的不同要求进行调整，进而设计出更合理的住宅建筑[5]。因此，BIM技术在住宅建筑设计中的应用前景是非常光明的。
5结语
综上所述，BIM技术依靠计算机的强大功能，能在住宅建筑设计时及时发现设计中的不足之处，并进行优化和改进，从而推动住宅建筑的发展，因此，该技术有广阔的应用前景。
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计算机论文常用参考文献
在平平淡淡的日常中，大家都有写论文的经历，对论文很是熟悉吧，论文一般由题名、作者、摘要、关键词、正文、参考文献和附录等部分组成。写论文的注意事项有许多，你确定会写吗？下面是我整理的计算机论文常用参考文献，希望能够帮助到大家。
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asi技术论文参考文献
引言 我们展示了一个利用高质量的绝缘体上锗 (GeO) 晶片通过晶片键合技术制造的阿格 / 非晶硅混合光子集成电路平台的概念验证演示。通过等离子体化学气相沉积形成的非晶硅被认为是传统硅无源波导的一种有前途的替代物。利用锗有源层的高晶体质量和非晶硅波导的易制造性，在锗硅晶片上成功地实现了与非晶硅无源波导单片集成的低暗电流锗波导 PIN 光电探测器。 介绍 近几十年来，硅光子学领域取得了重大进展。其中，将阿格薄膜引入硅基平台被证明是一种成功的方法，它不仅能够实现新的器件功能，更重要的是，能够在单个芯片上实现各种先进系统。锗具有许多优于硅的光学特性。它在 微米至 微米的波长下表现出很强的光吸收，使其成为光纤通信中光电探测器 (PDs) 的理想选择。在锗中也观察到了大的电吸收效应，使其成为实现高效光强度调制器的有前途的材料。虽然锗是一种类似于硅的间接带隙半导体，但它在γ谷的直接带隙仅比间接带隙高 电子伏。借助新兴的能带结构工程技术，甚至有可能制造实用的锗基光源。因此，通过实现锗有源光子器件和硅无源器件，锗和硅之间的集成为实现具有成本效益的高度功能化光子集成电路 (PIC) 平台提供了有希望的手段，适用于广泛的应用。 为了使锗与硅结合，传统的方法包括在硅上外延生长锗。然而，锗和硅之间 的大晶格失配通常导致生长的锗层以及锗 / 硅界面中的高密度位错缺陷，这可能充当不期望的产生 / 复合中心，降低锗晶体质量并因此降低器件性能 [1] 。尽管已经进行了许多尝试来提高外延锗层的质量，包括诸如两步生长、使用分级硅锗缓冲层、纵横比俘获和退火技术的方法，但是仍然难以消除外延生长期间产生的所有缺陷并获得足够高质量的阿格薄膜。 除了工艺复杂、成本高的先进外延生长方法外，晶圆键合技术对于高质量锗硅集成也很有前景。通过将阿格薄膜从阿格大块晶片转移到硅衬底上，可以避免由于晶格失配引起的晶体缺陷。此前，我们已经报道了通过结合晶圆键合和智能剥离技术技术成功制造出高质量的绝缘体上锗 (GeOI) 晶圆。 实验 非晶硅无源波导 无定形硅以其工艺简单和集成光学设计灵活而闻名 [22–24] 。为了检验其替代传统硅波导用于在锗硅衬底上互连的能力，在 2 微米厚的二氧化硅覆盖的硅衬底上制造非晶硅波导，这也用于锗硅晶片制造。 为了便于测量，在非晶硅波导的两端设计了一对聚焦光栅耦合器，采用了与传统 SOI 光栅耦合器相似的设计方法 [25] 。假设 a-Si 的折射率值为 ，应用 560 nm 的光栅间距、 的填充因子、 9 的入射角和 70 nm 的蚀刻深度作为具有 220 nm 的 a-Si 层厚度的光栅耦合器的设计参数，目的是在 1550 nm 的中心波长实现。此外，光栅耦合器和硅波导也制作在 SOI 晶片上，该晶片包含 220 纳米厚的硅顶层和 2 微米厚的二氧化硅盒作为比较。 图 2(a) 显示了与聚焦光栅耦合器集成在一起的人工非晶硅波导的显微镜平面图。为了表征 aSi 波导的传输特性，来自商用可调谐激光器的光输入通过单模光纤 (SMF) 耦合到输入光栅耦合器。然后，输出光再次从输出光栅耦合器耦合到另一个 SMF ，透射功率由铟镓砷光电探测器测量。图 2(b) 显示了与一对光栅耦合器耦合的 1 微米宽 毫米长的非晶硅波导的典型透射光谱。 图。 2. 与聚焦光栅耦合器集成的非晶硅波导的显微镜平面图。插图显示了非晶硅光栅耦合器的放大图。与一对光栅耦合器耦合的非晶硅波导的典型透射光谱。 高质量 GeO 晶片上的 Ge 脊形波导 PDs高质量的锗层对于获得高性能的锗钯非常重要。为了获得高质量的锗硅晶片，通过结合晶片键合和智能剥离技术技术，将来自阿格大块晶片的阿格薄膜转移到硅衬底上 2μm 厚的二氧化硅层上。对化学机械抛光后的锗晶片进行优化的热退火工艺，进行表面平面化，进一步提高锗晶体质量。参考文献 [20] 中给出了 GeOI 晶圆制造的细节。霍尔测量显示，在所制造的 GeO 晶片上的锗层中，具有超过 2000 cm2/Vs 的高空穴迁移率和大约 1 1016 cm3 的低载流子密度，这对于各种基于锗的功能器件是理想的。为了进一步研究锗的晶体质量，对锗衬底进行了透射电子显微镜观察。 图 4 显示了制造的 GeO 晶片的横截面 TEM 图像。插图显示了靠近锗和二氧化硅盒界面的锗层的放大图。 结论 我们已经使用晶片键合的GeOI衬底对阿格/非晶硅混合PIC平台进行了概念验证演示。利用锗层的高晶体质量和强光学限制，在锗衬底上实现了具有低暗电流和高响应度的阿格脊形波导。我们还研究了非晶硅波导替代传统硅波导在锗硅晶片上进行无源互连 的能力。与传统的硅波导相比，所制备的非晶硅条形波导表现出良好的传输特性，表明非晶硅在锗硅晶片上应用于集成光学具有很大的潜力。通过在阿格台面上引入倾斜侧壁结构，实现了锗 / 非晶硅在锗硅晶片上的共形沉积，并在此基础上成功实现了非晶硅波导集成锗钯。此外，所提出的集成方案也适用于键合在二氧化硅 / 硅晶片上的 ⅲ- ⅴ 族层，实现了更大的功能和更多的可能性。因此，未来可以为先进的集成光子学开发一个有前途的锗 / ⅲ - 钒 / 非晶硅光子学平台。
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食品快速检验检测技术以其简捷性和便携性两大优势得到了快速发展。 下面是我为大家整理的食品快速检测技术论文，希望你们喜欢。
食品的快速检验检测技术
摘要：食品安全已成为社会关注的焦点问题。文章介绍了目前常用的食品安全快检技术，并展望了其发展方向。
关键词：食品安全 快检 技术综述
引言
食品安全(food safety)是指食品无毒、无害，符合应当有的营养要求，对人体健康不造成任何急性、亚急性或者慢性危害。俗话说“民以食为天”，食品安全关系到人民群众的身体健康和生命安全，关系到社会和谐稳定，而近年来食品安全问题层出不穷，加了吊白块的面粉，有毒的大米，注了水的鸡肉，掺了石蜡的火锅底料，硫酸泡过的荔枝，以及假酒假烟假蜂蜜劣质奶粉充斥着市场，真让老百姓担心起这片“天”。因此，对食品的生产、加工和销售环节实施监测监控势在必行，食品安全分析检测技术应运而生。
传统的食品安全分析检测技术主要是指化学分析法和大型仪器检测法，相对成熟。但它们的操作只能局限于实验室，操作复杂，耗时长，不能满足对食品质量安全实时监督掌控的需求，尤其在突发事件时，快速检验检测技术以其简捷性和便携性两大优势得到了快速发展。
1、食品快速检验检测技术的研究现状
化学速测技术
化学速测技术主要是根据待测成分的某些化学性质，将样品与特定试剂发生水解、氧化、磺酸化或络合等化学反应，通过与标准品的颜色比较或特定波长下的吸光度比较，以获得检测结果，通常也成为化学比色分析法。
利用普通化学原理的速测法主要包括检测试剂和试纸，随着检测仪器的不断发展，国内外均已有与测试剂相配套的微型光电比色计。针对试纸检测的仪器也有报道，如硝酸盐试纸条[1]，主要是将硝酸盐还原为亚硝酸盐，在弱酸性条件下与对氨基苯磺酸重氮化后，和N-1-盐酸萘乙二胺偶合形成紫红色染料，试纸变色，插入检测仪读数即可。德国默克公司生产的与试纸联用的光反射仪技术相对成熟，国内尚无商品化仪器问世。
利用生物化学原理的速测法主要应用于微生物的检测，商品化成品以美国3M公司的PerrifilmTM Plate系列微生物测试片为代表，在检测金黄色葡萄球菌时，只需要测试片与确认片配套使用即可。测试片有上下两层薄膜组成，下层的聚乙烯薄膜上印有网格，便于计数，同时覆盖着含有特异性显色物质和抗生素的培养基，若样品中含有金黄色葡萄球菌，无须增菌，直接接种纸片培养24h后便可观察到显示出特殊颜色的菌落;确认片与测试片相似，只是含有不同的特异性显色物质，将有疑似菌落的测试片影印到确认片后，培养1-3h即可观察，不需进行繁琐的生理生化鉴定。而常规的Baird-Parker平板计数法耗时长达78h。
酶抑制速测技术
酶抑制速测技术主要用于食品中农药残留和重金属的快速检测。这些物质可通过键合作用造成酶的化学性质和结构的改变，产生的酶-底物结合体会发生颜色、吸光度或者pH值的变化，通过测定这些变化以达到定性或定量检测的目的。根据检测方式的不同，可分为试纸法、pH计法和光度法。相比而言，试纸法成本低、操作简单，更易于推广。它主要是将酶和底物分别固定在两张试纸片上，当样品中有待测组分时，会对酶产生抑制作用，两张试纸片接触后，酶和底物结合便会发生显著地颜色变化，比较适合农贸市场和超市等一些食品集散地的实时安全监管。由于该方法的检出限和保存性等方面的局限，只适用于初筛检测[2]。
生物传感器速测技术
生物传感器技术是利用生物感应元件的专一性，按照一定的规律将被测量转换成可用信号，使这种信号强度与待测物浓度形成一定的比例关系，具有快速、灵敏、高效的特点，是目前食品安全检测技术的研究热点，广泛应用于食品中农药残留、兽药残留等方面的检测，与传统的离线分析技术相比，它更适应于在复杂的体系内进行快速在线连续监测，在现场快速检测领域有着不可逾越的优势，按照传感器类型又可分为免疫传感器、酶传感器、细胞传感器、组织传感器、微生物传感器等等。
免疫传感器是在抗原抗体结合免疫反应的基础上发展起来的生物传感器。利用压电免疫传感器检测食品中常见肠道细菌时，通过葡萄球菌蛋白A将肠道菌共同抗原的单克隆抗体宝贝在10MHz的石英晶体表面，以大肠菌群为例，响应值可达10-6-10-9。
免疫速测技术
免疫速测是利用抗原抗体的专一、特异性反应建立起来的方法，根据选用的标记物可分为放射免疫检测、酶免疫检测、荧光免疫检测、发光免疫检测、胶体金免疫检测等。酶联免疫吸附检测法是应用较为广泛的一种免疫速测技术。它将酶标记在抗体/抗原分子上，形成酶标抗体/抗原即酶结合物，抗原抗体反应信号放大后，作用于能呈现出颜色的底物上，可通过仪器或肉眼进行辨别。目前，黄曲霉毒素酶联免疫试剂盒已广泛应用于食品检测中。
分子生物学速测技术
聚合酶链式反应(PCR)是近年来分子生物学领域中迅速发展并运用的一种技术，在食品检测中主要用于微生物的检测。它利用是否能从待测样品所提取的DNA序列中扩增出与目标菌种同源性的核酸序列来判定是否为阳性，该方法从富集菌体、提取遗传物质、PCR扩增到电泳、测序鉴定，可控制在24h，而致病菌的传统培养检测至少需要4-5天。
随着研究的逐深入，由PCR技术派生出的实时荧光PCR法、DNA指纹图谱法、免疫捕获PCR法、基因芯片法等也逐步得到了应用。基因芯片技术可以在很小的面积内预置千万个核酸分子的微阵列，利用细菌的共有基因作为靶基因，选用通用引物进行扩增，利用特异性探针检测这些共有基因的独特性碱基，从而区分出不同的细菌微生物。该法特异性强、敏感性高，可实现微生物检测的高通量和并行性检测。
2、食品快速检验检测技术的发展方向
食品安全快检法以其简捷性和便携性两大优势得到了快速发展，但缺点也显而易见，需要完善的地方依然很多：
简单 速检验检测技术往往是由一些非专业技术人员使用，因此，检测方法采样、处理、检测、分析等各个环节简单、易行是该方法的一大发展趋势。
准确 检法前处理简单，势必导致待测样品纯度不高，基体干扰大。因此，在今后方法的研究中，应更多关注与如何避免假阳性结果，尤其是在分子生物学速测法中，增强靶基因的特异性、引物的特异性、排除死菌体造成的假阳性应得到进一步探索。
便携 着微电子技术、智能制造技术、芯片技术的发展，检测仪器应向微型化、集约化、便携化方向发展，以满足更多的现场、实时、动态的检测要求。
经济 测成本的高低直接决定着检测技术能否得到广泛的推广和应用，如何在确保又好又快的检测基础上，尽最大可能的降低成本也是今后的研究方向。
标准化前，我国尚未制定出与食品安全快速检测技术相关的标准和规范，这也阻碍了快检法的推广和应用。随着技术的提高和检测中对快检法的需要，应及时制定出相关标准规范以增强快检结果的认可性和权威性。
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生物学划分为两个时代：PCR前时代和PCR后时代，这是《纽约时报》对穆利斯先生发明PCR技术的评价。1983年，Kary B. Mullis提出了PCR技术的构想， 1985年，他们在Science发表了相关的论文。论文由Mullis的同事Randall K. Saiki领衔发表，1988年Saiki等分离纯化了Taq DNA聚合酶，并将其应用于PCR反应，使PCR变得更加简单、易行和稳定，随后PCR技术迎来了蓬勃发展的时期。PCR根据其分析精度，大致经历了以下三个阶段：（I）终点PCR：定性分析（II）定量PCR：相对定量（III）数字PCR：绝对定量
早期PCR主要用于定性分析，根据反应终点产物的有或无检测靶标序列存在与否，这种PCR可以称为终点PCR，在基因鉴定、病原核酸检测等领域具有广泛应用。
1990年，Simmonds等就通过对终点产物的梯度稀释对HCV、HIV等病原体进行了粗略的拷贝数鉴定，这可能是最早的定量PCR研究。不过需要澄清一下，这里所说的定量PCR还不是指荧光定量PCR，那时还没有将荧光物质用于PCR产物的监控。直到1992年，罗氏公司的R Higuchi等在Nature发表论文，介绍了将溴化乙锭（EB）用于PCR产物动态监控的方法，这可能是最早的荧光定量PCR技术了。1996年，ABi公司公布了基于Taqman探针的qPCR技术。1997年，Wittwer等比较了（i）基于双链特异性染料SYBR Green I（ii）基于5’-核酸酶和双标探针（iii）基于Cy5的分子信标的qPCR的特点。这些研究为后来qPCR的广泛应用奠定了基础。
一般，人们习惯把qPCR分为相对定量和绝对定量，不过本质上来说，qPCR只能用于相对定量，绝对定量的实现往往需要借助“外力”。 PCR扩增是一种指数扩增，理想状态下，产物浓度与起始浓度存在如下关系：N T = N 0 ×2 n （N 0 代表起始浓度，N T 代表终点浓度，n代表循环数），对公式两边取以对数可得：log N T = logN 0 + n×log2（log代表以自然常数e为底的对数），如果我们把PCR终点的判断信号固定成一个统一的值（即qPCR中的荧光阈值），那么循环数与起始浓度的对数就成了线性关系，这就是qPCR相对定量的基本原理。不过有两个因素：（1）人的肉眼无法准确的判断PCR终点信号，于是出现了特殊的设备—荧光PCR仪；（2）不同的靶标基因的扩增效率不同，因此无法直接比较，因此催生了 ∆∆ Ct法。
真正的绝对定量PCR称为数字PCR（dPCR，1999年Kinzler等首次提出数字PCR的概念），它是在终点PCR和极限稀释的基础上通过泊松分布计算得出拷贝数的绝对定量方法。在Simmonds等的研究中，他们通过将DNA分子稀释到单拷贝，然后根据PCR的终点信号和泊松分布规律，计算了靶标基因的分子数目，不过他们没有进一步发展该技术，很长一段时间内该技术都是以分子计数的特点应用的。dPCR一方面因受到qPCR的长期压制，另一方面受到检测仪器的限制，直到2006年以后才逐渐显示出技术复苏的景象。
1993年，Zachar等在《核酸研究》上介绍了利用PCR对靶标基因进行相对定量的数学原理；2001年，Livak KJ等介绍了2 - ∆∆ Ct 法的推导过程，局限性及应用。
当然这些原理很简单，即使不看论文也很容易理解。因为PCR的指数扩增，当我们把终点的判断标准固定时，起始模板量高的样本最先到达，起始模板量低的样本消耗更多的循环数，并且每相差一个循环，代表起始浓度相差2倍，即N1/N2 = 2 -(Ct1-Ct2) 。检测不同样本时， ∆ Ct可能受样本量差异的影响，因此引入了内参基因的校正。内参基因，也叫管家基因或者看家基因，一般认为他们在生物体不同时空组织中保持恒定表达，那么两个样本内参基因的 ∆ Ct就代表了样本量的差异，靶标基因的 ∆ Ct – 内参基因的 ∆ Ct即为靶标基因的真实表达量差异，这就是2 - ∆∆ Ct 法。
但是有几个问题需要注意：（1）PCR并非全程都是指数增长期，比较必须在对数扩增期进行（2）一般默认对数增长期扩增效率是100%，这并不严谨，尤其是一些扩增困难的模板，效率可能与100%差异很大，纵向分析某基因的表达量（如基因A在不同生产阶段/不同组织的表达量）时，仍使用2 - ∆∆ Ct 可能并不太准确（3）不同靶标基因的扩增效率是不同的，因此横向比较不同靶标基因时，可能造成较大的误差。
鉴于此，我们在设计引物时，应该尽可能使靶标的长度、GC%、Tm保持接近，从而保证相近的扩增效率。 PrimerBank 和 qPrimerDB 分别是国外和国内比较优秀的qPCR引物检索网站，收录了大量物种的qPCR引物数据，具有一定参考价值。此外，Pfaffl等(2001)，Rao(2013)等对2 - ∆∆ Ct 法进行了一些校正，采用的方法主要就是通过对同一模板梯度稀释进行扩增效率校正，具有一定参考意义。
qPCR绝对定量有两种方法：（1）先获得一个拷贝数已知的参照基因，再获得靶标基因与该参照的比值，然后根据已知值获得检测样本的确切数目，从这个角度看绝对定量就是借助了“拷贝数已知”这一外力的相对定量。1990年，Gilliland等就描述了这一原理。（2）Simmonds等报道的方法，将DNA模板做极限稀释，一直到PCR体系中仅含有一个模板分子，此时只需要乘以稀释倍数就可以得到样本中靶标基因的拷贝数。这一方法是dPCR的技术原型，在实际操作中很有困难，首先需要很多稀释梯度，其次普通的10-20uL体系中仅含有一个模板分子经常很难扩增成功。
绝对定量最广泛的应用是分子计数，如RNA分子数的精确测定，DNA基因组上的基因拷贝数鉴定等。Southern杂交法是外源基因拷贝数鉴定使用最广泛的方法，但随着qPCR技术的不断发展，基于qPCR绝对定量的拷贝数鉴定的报道逐渐增多，并且大量研究表明qPCR方法与Southern杂交得到的结果基本一致甚至更加精确。Song等(2002)利用qRT-PCR估计了转基因玉米愈伤组织和植物中的转基因拷贝数，该研究还使用Southern杂交重新测量了玉米愈伤组织和植物中的“精确”转基因拷贝数，结果qRT-PCR的测量结果与“精确”结果有较高相关性，因此，他们认为 qRT-PCR可以作为一种评估转基因玉米拷贝数的有效手段。
拷贝数鉴定的关键是获得一个拷贝数已知的标准品，质粒容易提取和纯化，因此常用于构建绝对定量的标准品。把携带靶标基因的重组质粒提纯到极高的纯度，精确测定其核酸浓度，根据公式：N = × 10 23 (copy/mol) × M DNA (g) / (DNA length(bp) × 650(g/mol/bp)) 即可计算出标准品拷贝数，式中N代表分子数目，M DNA 代表质粒重量。以此标准品绘制logN与Ct的标准曲线，然后根据靶标基因的Ct值即可反推出靶标基因的精确个数。同时我们要从基因组上选择一个基因拷贝时已知的参照基因，按同样方式绘制标准曲线、进行分子计数，然后测定统一样本中把靶标基因与参照基因的分子数，带入上述公式即可得到靶标基因的实际拷贝数。一般，应该选择基因组上拷贝数较低，物种内保守性极高的基因作为参照基因。
拷贝数鉴定具有多种形式，双标准曲线并不是必需的，如果能够确认靶标基因与参照基因的扩增效率都接近100%，也可使用2 - ∆∆ Ct 法测量靶标基因的拷贝数，林维石等(2013)就通过该方法得到了与Southern杂交一致的拷贝数鉴定结果。
基因分型的方法有很多，Landegren等(1998)在报道中综述了多种用于基因分型的技术方法，其中发展到现在应用最为广泛的就是qPCR法和测序法。测序法最为准确，并且能够发现新基因型，是基因分型或SNP检测的金标准，但它比较慢，且操作比较繁琐。qPCR检测操作简单且速度极快，目前有十分广泛的应用。
qPCR法基因分型的基本原理是：3’-末端不匹配的引物无法正常扩增靶标基因。1989年，Wu等和Newton等先后报道了ASPCR法和法用于检测等位基因，这种方法容易理解，假设已知SNP位点为A/T，如果3’-A引物PCR产物产生终点信号可判断为A基因型，3’-T引物产生终点信号为T基因型，两种引物均产生信号即为杂合型。1995年，Livak等报道了利用不同荧光标记的探针检测SNP的方法，这种方法中，分别针对两种基因型设计两条不同荧光标记的探针，并设置纯和基因型的对照，随着PCR扩增如果荧光信号靠近A参照代表A基因型，靠近B参照代表B基因型，如果位于A和B之间则为杂合型（如下图）。
2003年，Papp等报道了一种基于高分辨率溶解曲线的SNP分型方法，这种方法也是基于3’-末端不匹配的引物，A基因型设计正常长度的引物，B基因型则在引物5’端添加10-15bp的高GC序列，经过PCR扩增后，不同基因型产物的Tm就会发生变化，依赖于qPCR仪的高分辨率溶解曲线，可以快速区分基因型。
1995年以后，qPCR相关的研究论文数量呈指数式增长，成为分子生物学最热门的领域之一。近年来，随着分子诊断行业的崛起，qPCR在医疗领域发挥着越来越重要的作用。qPCR在快速发展的同时，也产生了一些问题，如判断标准不一致，检测精确度没有统一标准，RNA检测假阳性较严重等。2009年，多个科研院所及医疗单位合作发布了qPCR的 MIQE指南 ，该指南规范了qPCR的常用术语，如Ct应称为Cq，RT-PCR应写作RT-qPCR等，并对分析的敏感性、特异性、精度等进行了规范性要求，此外指南还对样本处理、核酸提取、逆转录、qPCR甚至数据分析都作了详尽的规范。该指南由9部分组成，共85个参数，以确保以qPCR实验的实用性、准确性、正确性和可重复性。虽然该指南已经有些年份，但遵守这些规范能够让你的研究更易重复，也有助于审稿人和编辑快速评估你的稿件。
注：指南的内容和附表可以在这里获取：
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PCR技术是一种体外酶促合成、扩增特定DNA片段的方法。下面是我整理的关于pcr技术论文，希望你能从中得到感悟!
技术的研究进展
摘要 PCR技术是一种体外酶促合成、扩增特定DNA片段的方法。因其高强的特异性和灵敏度以及检测速度快、准确性好等优点，已被广泛地应用于水产、微生物检测等许多领域。该文从PCR技术的原理及应用方面进行了综述，并对其发展做出了展望。
关键词 PCR技术;研究进展;应用
中图分类号 Q819 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2012)10-0047-02
PCR(polymerase chain reaction，PCR)即聚合酶链式反应，它是一种体外酶促合成，扩增特定DNA片段的方法。1985年，美国Karray等学者首创了PCR技术，并由美国Cetus公司开发研制[1]。随着科学技术的发展和突破，PCR技术已在多个领域得到广泛地应用，如微生物检测、兽医学、水产养殖等方面。由于该技术具有较强的灵敏度、准确度和特异性，又能快速进行检测，因而其应用领域也在不断延伸[2-3]。随着PCR技术的不断发展，在常规PCR技术的基础上又衍生出了许多技术，如多重PCR(mutiplex PCR)技术[4]、实时荧光定量PCR(real-time fluorescent quantitative PCR，FQ-PCR)技术[5]、单分子PCR技术[6]。
1 PCR技术原理
PCR技术是根据待扩增的已知DNA片段序列、人工合成与该DNA 2条链末端互补的2段寡核苷酸引物，在体外将待检DNA序列(模板)在酶促作用下进行扩增。PCR的整个技术过程经若干个循环组成，一个循环包括连续的3个步骤：第1步是高温条件下的DNA模板变性，即模板DNA在93~94 ℃的条件下变性解链;第2步是退火，即人工合成的2个寡核苷酸引物与模板DNA链3’端经降温至55 ℃退火;第3步是延伸，即在4种dNTP底物同时存在的情况下，借助TaqDNA聚合酶的作用，引物链将沿着5’-3’方向延伸与模板互补的新链[7]。经过这个循环后，合成了新链，可将其作为DNA模板继续反应，由此循环进行。循环进程中，扩增产物的量以指数级方式增加，一般单一拷贝的基因循环25~30次，DNA可扩增l00万~200万倍[1]。PCR反应的步骤很简单，但是具体的操作是复杂的，如退火温度的确定、延伸时间的长短以及循环数等。因此，不同的反应体系应该确定适当的反应条件，以避免假阴性或假阳性等情况的产生。
2 PCR技术的分类
在传统PCR技术的基础上，根据人们的需要以及各个领域的应用要求，又衍生出很多种类的PCR技术。新技术在各领域广泛应用并逐渐改进，为进一步的研究提供了基础。
实时荧光定量PCR技术
1996年，学者经过研究，在传统PCR技术的基础上，首创了实时荧光定量PCR技术，新技术已经应用至医学领域、分子生物学和其他基础研究领域。实时荧光定量PCR技术基于传统技术的优势，还具有实时性、准确性、无污染，实现了自动化操作和多重反应，是PCR技术研究史上从定性到定量的飞跃[8]。
荧光定量PCR技术最大的特点是能将荧光基团加入到PCR反应体系中，借助于荧光信号，累积实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析[9]。实时监测这一特点是常规PCR技术所不具有的，因为其对扩增反应不能进行随时的检测。常规PCR技术的扩增终产物需要在凝胶电泳等条件下才能进行，无法对起始模板进行准确的定量，而荧光定量PCR技术的反应进程可以根据荧光信号的变化做出准确的判断[10-11]。一个PCR循环反应结束之后，定量PCR仪可以收集1个荧光强度信号，荧光信号强度的变化可以反映产物量的变化情况，这样就可以得到1条荧光扩增曲线[12]。荧光信号在指数扩增阶段，PCR产物荧光信号的对数值与起始模板量之间存在线性对应关系，然后进行定量分析[13]。
多重PCR技术
多重PCR(mutiplex PCR)技术是PCR技术的一种，为同一管中加入多对特异性引物，与PCR管内的多个模板反应，在一个PCR管中同时检测多个目标DNA分子。多重PCR技术可以扩增一个物种的一个片段，也可以同时扩增多个物种的不同片段[14]。
在同一反应体系中，多重PCR技术进行多个位点的特异性扩增时，引物间的配对、引物间的竞争性扩增等会对扩增效果产生重要影响。一方面，如果能选择适宜的反应体系和反应条件，可极大地提高多重PCR的扩增效果[15]。主要包括退火温度、退火及延伸时间、PCR缓冲液成分、dNTP的用量、引物及模板的量等。另一方面，DNA的抽提质量也影响多重PCR扩增效率，如DNA抽提不干净或降解都将影响PCR扩增效果[16]。
单分子PCR技术(SM-PCR)
单分子PCR技术是在传统PCR技术的基础上发展的，基本循环过程相同，但在反应条件、模板数量、DNA 聚合酶选择、引物设计方面具有不同点。该技术是以少量或单个DNA分子为模板进行的PCR[17]。
单分子PCR技术反应中，DNA 模板浓度极低，这就要求模板有较高的质量。因为这是试验成败的决定性因素。在设计引物时，应该严格控制GC的含量和Tm值，同时尽量避免引物间存在可配对序列。在反应混合物模板数极低的情况下，若引物之间存在少量配对序列，扩增时极易形成二聚体，使反应无法进行，得不到所需要的产物[18]。由于单分子PCR技术反应的变性温度(96~98 ℃)大多比常规PCR技术(94 ℃)略高，因而对DNA 聚合酶热稳定性的要求也更加严格，需要有较好的热稳定性，以防止温度过高而使其失活。其变性时间(5~15 s)、退火时间及延伸时间也短于常规PCR技术[17]。
3 PCR技术的应用
PCR技术在水产上的应用
基因表达是检测某个基因在不同发育期或不同组织中的表达量变化，或受到某种试验处理过程中的影响而出现表达量变化的情况。有学者应用real-time PCR技术研究碳水化合物含量对翘嘴红鲴糖代谢酶G6Pase、GK以及PEPCK表达量的影响[19-21]，研究结果可为翘嘴红鲴饲料配方中的最合适糖含量提供理论依据。孙淑娜等[22]研究叶酸拮抗剂对斑马鱼心脏发育相关基因BMP2b及HAS2表达的影响，表明叶酸拮抗剂对早期胚胎的心脏发育影响较大，可导致斑马鱼心脏发育延迟及心脏形态异常，并下调斑马鱼心脏发育相关基因BMP2b及HAS2的表达，这可能是叶酸生物学活性受抑后导致心脏发育异常的机制之一。Sawyer et al[23]以斑马鱼的未受精卵、胚胎、仔鱼和成鱼为研究材料，采用实时荧光定量PCR技术，检测了P450aromA和P450aromB在不同组织的表达量，表明在各组织中均有2种基因的表达，但表达量显著不同，呈现组织特异性。
PCR技术在微生物检测上的应用
1990年，Bej et al[24]在利用多重PCR的方法检测了Leg-ionella类菌种和大肠类细菌，其结果是通过点对点方法固定的多聚dT尾捕捉探针和生物素标记的扩增DNA进行杂交来检测的。张志东等检测口蹄疫病毒(FMDV)持续性感染的带毒动物，表明实时荧光定量PCR技术具有快速检测、准确、客观等优势，较优于传统的检测方法[25-26]。Metzger-Boddien et al[27]对PCR-ELISA的方法进行了评价，结果显示，样品中沙门氏菌的检出率可以达到98%。
4 展望
传统PCR技术以及衍生出来的新型PCR技术自面世以来，已被广泛应用到生命科学的各个领域。随着技术方法的不断改进与完善，荧光定量PCR技术将会逐渐完善并广泛应用。多重PCR技术在食品病原微生物、非致病微生物及环境微生物检测中具有重要作用;未来的研究主要集中在去除食品抑制因子干扰、改进样品前处理技术等方面，其次是整合应用多重PCR与其他技术，必将在未来食品微生物检测中有非常好的应用前景。
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