CN116882206A - 淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海岸、海洋工程和桥梁工程技术领域,公开了一种淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算方法及装置,该方法包括:获取淤泥质海床相邻岬湾沙滩的潮位数据、波浪数据、沙滩宽度数据和沙滩高度数据;根据以上数据,分别计算大潮平均高潮位、大潮平均低潮位、波高和沙滩坡度;根据所述大潮平均高潮位、大潮平均低潮位、波高和沙滩的坡度,计算沙滩的泥化分界高程。该计算方法能够较好且快捷地预测淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程,计算得到的结果与实测结果相接近,与传统的物理模型和数学模型相比,节省了时间成本和试验成本,有较高的经济性。该计算方法对沙滩设计、修复和维护有较高的指导作用。
Description
技术领域
本申请涉及海岸、海洋工程和桥梁工程技术领域,尤其涉及一种淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算方法及装置。
背景技术
淤泥质海岸岬湾沙滩是宝贵的自然资源,在世界范围内并不多见,但在我国江苏、上海和浙江沿海普遍存在。淤泥质海床与岬湾沙滩之间存在沙泥掺混的过渡带,形成特有的沙滩动力地貌系统。设定沙泥掺混过渡带中粉砂粘土含量超过20%的位置为泥化位置,则沙泥分界点的位置是岬湾沙滩动力地貌变化最直观的定量指标之一,其变化规律能反映岬湾沙滩地貌演变特征,是人工沙滩或沙滩修复的设计和施工中关键环节。近年来,在海岸带生态修复过程中有诸多沙滩进行人工修复,在高含沙量和强淤积海岸环境下人工铺沙后沙滩的泥化位置高程进行预测,可优化沙滩坡度、铺沙范围及铺沙厚度等,对沙滩的运行与维护显得颇为重要。
目前,对淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程的研究相对还较少。国外开展的相关研究大多基于自然复合海岸,由于地区差异,研究几乎不考虑泥质供给,与国内复合海岸沉积环境相差较大。国内对沙滩泥化现象研究起步较晚,多是基于砂质海滩泥化的具体案例,且多为沉积物起动与水动力关系的研究,认为沙泥混合带的形成主要受波浪动力条件影响。当前国内尚未针对淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程提出便捷有效的计算方法,有在设计阶段需通过专门的波浪水流泥沙的耦合数学模型或物理动床模型试验来确定淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程,但该过程耗时长,费用较高,且需要专业机构进行研究,不利于在工程中推广应用。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术存在问题,提供一种淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算方法及装置,该计算方法适用性强,计算方法简单,易操作,能够快速地计算出淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程。
根据本申请实施例的第一方面,提供一种淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算方法,包括:
获取淤泥质海床相邻岬湾沙滩的潮位数据、波浪数据、沙滩宽度数据和沙滩高度数据;
根据所述潮位数据,计算岬湾沙滩的大潮平均高潮位;
根据所述潮位数据,计算大潮平均低潮位;
根据所述波浪数据,计算波高;
根据所述沙滩宽度数据和沙滩高度数据,计算沙滩坡度;
根据所述大潮平均高潮位、大潮平均低潮位、波高和沙滩的坡度,计算沙滩泥化分界高程,计算公式如下:
式中,Hsm为沙滩泥化分界高程,HMHWS为大潮平均高潮位,HMLWS为大潮平均低潮位,H为波高,i为沙滩坡度。
可选的,获取淤泥质海床相邻岬湾沙滩的潮位数据,包括:
当岬湾沙滩前沿有长期实测潮位系列资料时,直接采用实测潮位系列进行统计计算,得到潮位数据;
当无实测潮位系列资料时,采用邻近长期潮位站实测潮位系列资料或采用短期实测资料进行统计计算,得到潮位数据。
可选的,获取淤泥质海床相邻岬湾沙滩的波浪数据,包括:
当岬湾沙滩前沿有长期实测波浪系列资料时,直接采用实测波浪系列进行统计计算,得到波浪数据;
当无实测波浪系列资料时,采用邻近波浪站实测波浪系列资料或采用短期实测资料进行统计计算,得到波浪数据。
可选的,根据所述潮位数据,计算岬湾沙滩的大潮平均高潮位,包括:
根据所述潮位数据,筛选出天文大潮期间的高潮位,所述潮位数据选用岬湾沙滩附近潮位站至少1整年的潮位数据,所述天文大潮期间为农历初二至初四以及十六至十八这六天;
计算所述高潮位的算术平均值,得到大潮平均高潮位。
可选的,根据所述潮位数据,计算大潮平均低潮位,包括:
根据所述潮位数据,筛选出天文大潮期间的低潮位,所述潮位数据选用岬湾沙滩附近潮位站至少1整年的潮位数据,所述天文大潮期间为农历初二至初四以及十六至十八这六天;
计算所述低潮位的算术平均值,得到大潮平均低潮位。
可选的,根据所述波浪数据,计算波高,包括:
根据所述波浪数据,对每个整点时刻的波浪进行观测,每次观测不少于100个波,对该整点观测的波高序列进行由大到小排序,所述波浪数据选用岬湾沙滩前沿或就近波浪站至少1整年的实测波浪序列;
计算排在前若干波高序列的算术平均值,得到波高。
可选的,根据所述沙滩宽度数据和沙滩高度数据,计算沙滩坡度,包括:
沙滩坡度i的计算公式为:
i=h/b
其中沙滩宽度b为按沙滩后方边界至沙滩与泥滩交叉位置长度,沙滩高度h为两处地形高程差。
根据本申请实施例的第二方面,提供一种淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算装置,包括:
获取模块,用于获取淤泥质海床相邻岬湾沙滩的潮位数据、波浪数据、沙滩宽度数据和沙滩高度数据;
第一计算模块,用于根据所述潮位数据,计算岬湾沙滩的大潮平均高潮位;
第二计算模块,用于根据所述潮位数据,计算大潮平均低潮位;
第三计算模块,用于根据所述波浪数据,计算波高;
第四计算模块,用于根据所述沙滩宽度数据和沙滩高度数据,计算沙滩坡度;
第五计算模块,用于根据所述大潮平均高潮位、大潮平均低潮位、波高和沙滩的坡度,计算沙滩泥化分界高程,计算公式如下:
式中,Hsm为沙滩泥化分界高程,HMHWS为大潮平均高潮位,HMLWS为大潮平均低潮位,H为波高,i为沙滩坡度。
根据本申请实施例的第三方面,提供一种电子设备,包括:
一个或多个处理器;
存储器,用于存储一个或多个程序;
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行,使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的方法。
根据本申请实施例的第三方面,提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,该指令被处理器执行时实现如第一方面所述方法的步骤。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
由上述实施例可知,本申请在泥化分界高程计算公式中考虑了波浪作用和沙滩坡度等因素的影响,能够较好地预测淤泥质海床相邻岬湾沙滩的泥化分界高程,计算得到的泥化分界高程结果与实测结果相接近。本发明对淤泥质海床相邻岬湾沙滩的设计、修复和运维具有较高的指导作用,对在建或已建淤泥质海床相邻岬湾沙滩可能产生的泥化现象能够起到很好的校核与作用,具有很好的应用价值。
本申请计算过程简单,各项参数明确易获取、计算,能够方便工作人员较快速地计算出岬湾沙滩泥化分界高程,与物理模型和数学模型相比,节省了时间成本和试验成本,有较高的经济性。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算方法的流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的沙滩参数示意图。
图3是根据一示例性实施例示出的计算结果和实测结果对比图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算装置的框图。
图5是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解,尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本申请范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
图1是根据一示例性实施例示出的一种淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算方法的流程图,如图1所示,该方法可以包括以下步骤:
S1:获取淤泥质海床相邻岬湾沙滩的潮位数据、波浪数据、沙滩宽度数据和沙滩高度数据;
S2:根据所述潮位数据,计算岬湾沙滩的大潮平均高潮位;
S3:根据所述潮位数据,计算大潮平均低潮位;
S4:根据所述波浪数据,计算波高;
S5:根据所述沙滩宽度数据和沙滩高度数据,计算沙滩坡度;
S3:根据所述大潮平均高潮位、大潮平均低潮位、波高和沙滩的坡度,计算沙滩泥化分界高程,计算公式如下:
式中,Hsm为沙滩泥化分界高程,HMHWS为大潮平均高潮位,HMLWS为大潮平均低潮位,H为波高,i为沙滩坡度。
由上述实施例可知,本申请的泥化分界高程计算公式中考虑了波浪作用和沙滩坡度等因素的影响,这是当前第一次提出岬湾沙滩泥化分界高程计算公式。本发明计算过程简单、方便,计算结果准确,区别于传统工作量过大数值模拟和物理模型试验。且本发明计算过程中无需查图表,减少人为误差。
在S1的具体实施中:获取淤泥质海床相邻岬湾沙滩的潮位数据、波浪数据、沙滩宽度数据和沙滩高度数据;
具体地,其中获取淤泥质海床相邻岬湾沙滩的潮位数据,包括:
A1:当岬湾沙滩前沿有长期实测潮位系列资料时,直接采用实测潮位系列进行统计计算,得到潮位数据;
A2:当无实测潮位系列资料时,采用邻近长期潮位站实测潮位系列资料或采用短期实测资料进行统计计算,得到潮位数据。
其中获取淤泥质海床相邻岬湾沙滩的波浪数据,包括:
B1:当岬湾沙滩前沿有长期实测波浪系列资料时,直接采用实测波浪系列进行统计计算,得到波浪数据;
B2:当无实测波浪系列资料时,采用邻近波浪站实测波浪系列资料或采用短期实测资料进行统计计算,得到波浪数据。
参考图2,这里的沙滩宽度为按沙滩后方边界至沙滩与泥滩交叉位置长度,沙滩高度为两处地形高程差,可以参考《国家三、四等水准测量规范(GB/T 12898-2009)》,采用水准仪、RTK等仪器设备测量获取。
沙滩的坡度是综合了潮动力、波浪动力和泥沙粒径等诸多因素的表征,而沙滩宽度和沙滩高度在表征了沙滩的整体规模和尺度的基础上,可以直接计算获取坡度。获取这些数据,对于计算泥化分界高程是直观和重要的参数。
在S2的具体实施中:根据所述潮位数据,计算岬湾沙滩的大潮平均高潮位;
具体地,根据所述潮位数据,筛选出天文大潮期间的高潮位,所述潮位数据选用岬湾沙滩附近潮位站至少1整年的潮位数据,所述天文大潮期间为农历初二至初四以及十六至十八这六天;计算所述高潮位的算术平均值,得到大潮平均高潮位。
大潮平均高潮位反映了潮水对沙滩作用的上限范围,选用至少1整年的潮位数据在水文学上才更有统计意义和代表意义。
在S3的具体实施中:根据所述潮位数据,计算大潮平均低潮位;
具体地,根据所述潮位数据,筛选出天文大潮期间的低潮位,所述潮位数据选用岬湾沙滩附近潮位站至少1整年的潮位数据,所述天文大潮期间为农历初二至初四以及十六至十八这六天;计算所述低潮位的算术平均值,得到大潮平均低潮位。
大潮平均低潮位反映了潮水对沙滩作用的下限范围,选用至少1整年的潮位数据在水文学上才更有统计意义和代表意义。
在S4的具体实施中:根据所述波浪数据,计算波高;
具体地,根据所述波浪数据,对每个整点时刻的波浪进行观测,每次观测不少于100个波,对该整点观测的波高序列进行由大到小排序,所述波浪数据选用岬湾沙滩前沿或就近波浪站至少1整年的实测波浪序列;计算排在前若干波高序列的算术平均值,得到波高。
在波浪理论中,1/10大波波高也称为显著波高,对于沙滩的形态特征和地貌演变具有重要意义。因此,不失一般性,本实施例采用计算排在前1/10的波高序列的算术平均值,得到1/10大波平均波高,也是波浪理论中的常用方法。在实际应用中,所述波高也可以用平均波高、有效波高等参数通过计算替换。
在S5的具体实施中:根据所述沙滩宽度数据和沙滩高度数据,计算沙滩坡度;
具体地,沙滩坡度i的计算公式为:
i=h/b
其中沙滩宽度b为按沙滩后方边界至沙滩与泥滩交叉位置长度,沙滩高度h为两处地形高程差。
用沙滩高度h除以沙滩宽度b来表征沙滩坡度i,具有直观的物理意义,即沙滩每向外延伸1m,沙滩高度的降低值。而沙滩坡度i也影响着波浪对沙滩作用的程度和范围。
在S6的具体实施中:根据所述大潮平均高潮位、大潮平均低潮位、波高和沙滩的坡度,计算沙滩泥化分界高程,计算公式如下:
式中,Hsm为沙滩泥化分界高程,HMHWS为大潮平均高潮位,HMLWS为大潮平均低潮位,H1/10为1/10大波平均波高,i为沙滩坡度。
通常来看,波浪是沙滩地貌变化的主要动力,沙滩坡度综合表征了不同沙滩粒径属性在动力作用下的地貌呈现,潮位影响着波浪作用沙滩的上、下限,因此,将代表波浪的1/10大波平均波高、代表潮位的大潮平均高潮位和大潮平均低潮位、代表沙滩的沙滩坡度i综合考虑,才能够得到更为合理的沙滩泥化分界高程。
实施例:针对10个岬湾沙滩泥化位置
本实施例选用10个岬湾沙滩作为实施对象,列出了大潮平均高潮位、大潮平均低潮位、1/10大波平均波高及沙滩坡比等参数,具体实施组次见表1。
表1:
图3为本发明计算结果和实测结果对比,从图中可以看出本发明计算结果和实测结果较接近,从而表明本发明能够较准确地计算出淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程,在实际应用中是合理可信的。
与前述的淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算方法的实施例相对应,本申请还提供了淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算装置的实施例。
图4是根据一示例性实施例示出的一种淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算装置框图。参照图4,该装置包括:
获取模块1,用于获取淤泥质海床相邻岬湾沙滩的潮位数据、波浪数据、沙滩宽度数据和沙滩高度数据;
第一计算模块2,用于根据所述潮位数据,计算岬湾沙滩的大潮平均高潮位;
第二计算模块3,用于根据所述潮位数据,计算大潮平均低潮位;
第三计算模块4,用于根据所述波浪数据,计算波高;
第四计算模块5,用于根据所述沙滩宽度数据和沙滩高度数据,计算沙滩坡度;
第五计算模块6,用于根据所述大潮平均高潮位、大潮平均低潮位、波高和沙滩的坡度,计算沙滩泥化分界高程,计算公式如下:
式中,Hsm为沙滩泥化分界高程,HMHWS为大潮平均高潮位,HMLWS为大潮平均低潮位,H为波高,i为沙滩坡度。
关于上述实施例中的装置,其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述,此处将不做详细阐述说明。
对于装置实施例而言,由于其基本对应于方法实施例,所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下,即可以理解并实施。
相应的,本申请还提供一种电子设备,包括:一个或多个处理器;存储器,用于存储一个或多个程序;当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行,使得所述一个或多个处理器实现如上述的淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算方法。如图5所示,为本发明实施例提供的一种淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算装置所在任意具备数据处理能力的设备的一种硬件结构图,除了图5所示的处理器、内存、DMA控制器、磁盘、以及非易失内存之外,实施例中装置所在的任意具备数据处理能力的设备通常根据该任意具备数据处理能力的设备的实际功能,还可以包括其他硬件,对此不再赘述。
相应的,本申请还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,该指令被处理器执行时实现如上述的淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算方法。所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的任意具备数据处理能力的设备的内部存储单元,例如硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是风力发电机的外部存储设备,例如所述设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡(Smart Media Card,SMC)、SD卡、闪存卡(Flash Card)等。进一步的,所述计算机可读存储介质还可以既包括任意具备数据处理能力的设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述任意具备数据处理能力的设备所需的其他程序和数据,还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后,将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本申请的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是,本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算方法,其特征在于,包括:
获取淤泥质海床相邻岬湾沙滩的潮位数据、波浪数据、沙滩宽度数据和沙滩高度数据;
根据所述潮位数据,计算岬湾沙滩的大潮平均高潮位;
根据所述潮位数据,计算岬湾沙滩的大潮平均低潮位;
根据所述波浪数据,计算波高;
根据所述沙滩宽度数据和沙滩高度数据,计算岬湾沙滩的沙滩坡度;
根据所述大潮平均高潮位、大潮平均低潮位、波高和沙滩的坡度,计算沙滩泥化分界高程,计算公式如下:
;
式中,Hsm为沙滩泥化分界高程,HMHWS为大潮平均高潮位,HMLWS为大潮平均低潮位,H为波高,i为沙滩坡度。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,获取淤泥质海床相邻岬湾沙滩的潮位数据,包括:
当岬湾沙滩前沿有长期实测潮位系列资料时,直接采用实测潮位系列进行统计计算,得到潮位数据;
当无实测潮位系列资料时,采用邻近长期潮位站实测潮位系列资料或采用短期实测资料进行统计计算,得到潮位数据。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,获取淤泥质海床相邻岬湾沙滩的波浪数据,包括:
当岬湾沙滩前沿有长期实测波浪系列资料时,直接采用实测波浪系列进行统计计算,得到波浪数据;
当无实测波浪系列资料时,采用邻近波浪站实测波浪系列资料或采用短期实测资料进行统计计算,得到波浪数据。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述潮位数据,计算岬湾沙滩的大潮平均高潮位,包括:
根据所述潮位数据,筛选出天文大潮期间的高潮位,所述潮位数据选用岬湾沙滩附近潮位站至少1整年的潮位数据,所述天文大潮期间为农历初二至初四以及十六至十八这六天;
计算所述高潮位的算术平均值,得到大潮平均高潮位。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述潮位数据,计算大潮平均低潮位,包括:
根据所述潮位数据,筛选出天文大潮期间的低潮位,所述潮位数据选用岬湾沙滩附近潮位站至少1整年的潮位数据,所述天文大潮期间为农历初二至初四以及十六至十八这六天;
计算所述低潮位的算术平均值,得到大潮平均低潮位。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述波浪数据,计算波高,包括:
根据所述波浪数据,对每个整点时刻的波浪进行观测,每次观测不少于100个波,对该整点观测的波高序列进行由大到小排序,所述波浪数据选用岬湾沙滩前沿或就近波浪站至少1整年的实测波浪序列;
计算排在前若干波高序列的算术平均值,得到波高。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述沙滩宽度数据和沙滩高度数据,计算沙滩坡度,包括:
沙滩坡度i的计算公式为:
i=h/b
其中沙滩宽度b为按沙滩后方边界至沙滩与泥滩交叉位置长度,沙滩高度h为两处地形高程差。
8.一种淤泥质海床相邻岬湾沙滩泥化分界高程计算装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取淤泥质海床相邻岬湾沙滩的潮位数据、波浪数据、沙滩宽度数据和沙滩高度数据;
第一计算模块,用于根据所述潮位数据,计算岬湾沙滩的大潮平均高潮位;
第二计算模块,用于根据所述潮位数据,计算大潮平均低潮位;
第三计算模块,用于根据所述波浪数据,计算波高;
第四计算模块,用于根据所述沙滩宽度数据和沙滩高度数据,计算沙滩坡度;
第五计算模块,用于根据所述大潮平均高潮位、大潮平均低潮位、波高和沙滩的坡度,计算沙滩泥化分界高程,计算公式如下:
;
式中,Hsm为沙滩泥化分界高程,HMHWS为大潮平均高潮位,HMLWS为大潮平均低潮位, H为波高,i为沙滩坡度。
9.一种电子设备,其特征在于,包括:
一个或多个处理器;
存储器,用于存储一个或多个程序;
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行,使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,其特征在于,该指令被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
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