单细胞交响乐10-数据集整合后的批次矫正

大型的scRNA分析一般都需要整合多个批次的数据集，但每个批次的质量可能存在不可调和的差异，例如仪器的调整、试剂质量的差异。结果就导致了不同批次细胞中基因表达量的系统差异，称之为“批次效应”。之前在 单细胞交响乐4-归一化 中也介绍了一些批次效应的事情，它最大的隐患就是：如果它这个差异成为整个数据的主力军，那么真正的生物学差异就难以检测，对结果的解读变得更难。

因此现在出了一些多数据整合时批次效应处理工具，早期的方法 (Ritchie et al 2015 ; Leek et al 2012 )是基于线性模型，它假设细胞群体的组成要么是已知的，要么是在批次间也是同类型的。但很明显这个假设有局限，我们不能保证这个假设成立，于是定制的算法产生(Haghverdi et al 2018 ; Butler et al 2018 ; Lin et al 2019 )，它不再需要对细胞组成有一个先验知识，保证了对未知的探索过程。

将使用两个不同批次的10X PBMC数据进行整合，它们都是从 TENxPBMCData这个数据包获得的，分别进行了前期的数据处理。各自前期处理的一个好处，就是可以根据各自的特点先过滤掉一些低质量数据（比如各自根据QC结果对低质量细胞进行过滤）

这里两个数据都是Ensembl ID，因此这个过程很简单

然后取子集

利用 multiBatchNorm() 函数，将两个批次放在一起，重新计算log-count，可以提高下游批次矫正的质量

当然还也可以把每个批次的HVGs取交集或并集，选多少基因这个没有成文规定。

这里只是因为scran提供了这么一个函数，并可以提供更多一些的基因，毕竟现在基因多一点没坏处，省的后面捉襟见肘

在进行批次矫正之前，肯定要先看看有没有批次效应以及有多严重吧

最简单的方法是把两个数据合并，然后PCA+t-SNE

如果简单的 cbind(pbmc3k, pbmc4k) ，会报错

看样子的确存在不匹配的问题，第一行就暴露了，同一个Ensembl ID的Symbol就不同。这个问题先不深究。先看看两个数据的Ensembl 是否一致吧

使用的HVGs也是合并两个数据集后得到的 chosenhvgs

如果说，这两个批次是真的重复，差异不大的话，那么分群的cluster应该在两个批次中包含差不多数量的细胞。但是下面发现基本clusters主要是仅仅包含了一个批次

虽然说t-SNE图上的点大小、远近说明不了问题，但是两个批次分的这么开，也提供了两个批次的证据

当然，还可以继续找证据。利用上一次的细胞类型注释，看看两个批次中的细胞类型，是不是差异很大。

bulk mRNA转录组中常用的矫正批次效应方法就是线性回归，对每个基因表达量拟合一个线性模型。例如limma的 removeBatchEffect() (Ritchie et al 2015 ) 、sva的 comBat() (Leek et al 2012 )。如果要使用这类方法，就需要假设：批次间的细胞组成相同。另外的一个假设是：批次效应的累积的，对于任何给定的基因，在不同亚群中经过任何因素诱导的表达变化倍数是相同的。（其实，从这两个假设就看出来，这个方法不适合我们的单细胞数据，但还是要继续了解下去）

下面将使用batchelor 包中的 rescaleBatches() 函数进行处理

它也是对每个基因的log表达量进行了线性回归，并提高了一些运行性能。另外与 removeBatchEffect() 不同的是， rescaleBatches() 保持了数据的稀疏性，而 removeBatchEffect() 会破坏稀疏性

效果还是有的，现在大部分clusters都包含了两个批次的细胞，但是依然有存在批次差异的cluster（看cluster9，在batch2中细胞数为0）， 表明处理有效果但不彻底 。影响效果的原因是：我们的数据违背了这个方法的假设

除了这个函数，还可以尝试更常规的 regressBatches() ，只不过它的表现可能会更差，因为会丢失数据稀疏性

试想batchA中有一个细胞a，然后想根据挑选的特征基因（如HVGs）去在batchB中鉴定与a细胞空间相近的细胞们。同样的，对batchB中的细胞b 重复这个过程，也鉴定它在batchA中的近邻。于是这个MNN就是：Mutual nearest neighbors ，是对一个批次的细胞找到它们在另一个批次中对应的最相邻细胞集合。

在进行批次矫正前，MNN找到的一对对细胞都是生物学状态相似的，因此如果再有不同，那么就姑且认为是外部的批次效应导致的，也就方便了去除。

与线性回归方法相比，MNN方法不会假设细胞群组成相同或者事先已知。MNN会自己学习细胞群的结构并进行估计。

batchelor 这个包除了线性模型，还提供了MNN 的函数 fastMNN() ，但这个函数与单纯的MNN算法还有不同。 fastMNN() 先进行PCA降维，以加速下面的检测细胞近邻。

其中 mnnout 的每列表示某个批次中的一个细胞（具体存储在 batch ），行表示 chosenhvgs 中的基因

看到降维相关模块 reducedDimNames 中多了一个 corrected ，它是根据50个主成分得到的所有6791在低维空间的坐标

看到表达量模块 assays() 中多了一个 reconstructed 矩阵，是每个细胞中每个基因矫正后的表达量

这次函数已经做过PCA了，那就继续分群

可以看到这里的效果不错，没有哪个cluster在某个batch中细胞数为0

再作图看看

fastMNN() 函数其实也自带了检测数据

它的含义是：the proportion of variance within each batch that is lost during MNN correction。如果这个值很大（比如>10%），说明有些”矫枉过正“，把一些内在的生物学差异也给矫正了。

两个批次数据混合后进行矫正，还是应该保留每个批次的特性。一个很不想看到的情况是：看上去细胞混合效果很好，以为矫正的效果不错，但没想到矫正过了，细胞中生物学异质性也被抹除了。

我们想在整合+矫正批次后，看到矫正后的一个cluster中既包含了原来的batch1信息，也包含batch2。当然表现的差异越大越好，体现在下图中就是：after1（即矫正后的cluster1）对应的PBMC3k 的clusters与PBMC 4k的clusters最好别重复，并且差别越大越好

就以after5来说，分别对应3k混合之前的cluster3、4、7；以及4k混合前的cluster1、10、3，差别蛮大，说明混合后依然保持了各自的个性

这个指标是矫正后各个batch原来差异的保留度，这个数值越大越好（但如果某个批次矫正方法不给力，这个值也是大的，所以还是要慎重对待）

目的就是看数据整合+矫正后，原始batch的内部结构是否还完整

首先分别从原来的两个批次数据中寻找marker基因，因为marker基因的存在就保证了这个批次数据集中”生物学的有趣性“存在

然后用双方的marker基因合集，作为矫正的HVGs，看看算法会不会把这部分”有趣性“去除

最后作图看看

看样子根据这些marker基因进行的批次矫正，并没有去掉marker基因背后的生物学差异，因为两个批次数据还是能分出来群的，并且分群结果看似还不错

数据整合并矫正后，对合并后数据的cluster分析即可，不用再对每个batch的各个cluster单独分析。另一个好处是：batch整合后作为一整个数据集，细胞数量增加，相当于增加了群体结构的分辨率， 方便下游的细胞层面分析 （比如后面的轨迹推断）。

可能你还想利用合并后的数据进行基因层面的分析，例如差异分析marker基因鉴定。但一般不推荐，因为算法对多个批次进行合并时，不会保留每个基因表达的差异。 如果要探索基因表达相关，最好还是要在未矫正数据基础上进行 ，并且还要把批次信息封锁掉（还记得之前 findMarkers 中的 block 参数吗？）

51 遥感技术

　　人体暴露存在显著的空间性，3种传统的地理信息技术(RS、GIS和GPS)为暴露评价提供了更为全面、及时、准确和客观的信息 过去的几十年中，这些技术已广泛地应用于各种环境暴露评价中 同时近年来，各类便携式环境监测仪器的研发更易于与其他技术结合，将地理信息技术与便携式监测仪器结合可以得到及时的空间暴露数据，让暴露评价更为精准 个人手提电话及其网络的发展为暴露组的研究带来了巨大前景 个人手提电话已成为人们现代生活的必需品，在全球，拥有配置移动、音频、可视和定位系统的便携式电话用户已超过10亿，手机用户已超过52亿，如果在手机内部配置相应的环境检测系统(如大气颗粒物和挥发性有机污染物的监测装置)及其软件和网络，每位用户的暴露信息传输至终端形成巨大的环境暴露数据库，将为研究人体暴露提供一种可靠的数据(National Research Council of the National Academies，2012) Michael Jerrett认为个人遥感技术能全面逼真地评价我们面对的外暴露 带有遥感式空间参照技术和模型的装置能持续、时效、真实地评价因地理位置、活动以及生活方式等因子造成个人暴露的差异 例如一个人的活动强度、类型及地理位置能反映空气呼吸暴露、接触与吞食毒害污染物

　　为了完全示踪污染物对人体健康影响的整个过程，研发低价、高灵敏、高选择性的传感器是关键，Tao教授利用音叉传感器将化学信号转化为机械信号，研发出一种能在严酷环境中工作的个人暴露监测系统，通过该系统能定量和时效测量多种挥发性有机污染物、酸类污染物和湿度等 此装置中将监测系统模块接入一个智能手机中，感应器戴在手臂上，以此提供个人暴露的呼吸区数据，实时的暴露数据存储在手机中，并将这些数据转入研究者可以进入的计算机服务器中 Tao课题组利用这种装置监测了2010年4月英国石油公司石油泄漏之后墨西哥湾烃类化合物，并绘制了该区域烃类化合物的空间分布，获得的烃类化合物平均浓度与美国EPA监测站提供的数据相似，但他们发现了动态的时空变化，用烃类化合物浓度的位置信息为周围工作生活的人们提供指导 由于运动可以更改一个人的暴露和对污染物的响应，因此准确地测量体育运动对于研究暴露组极为重要，Stephen Intille等(Albinali et al, 2010)研发了Wocket系统，该系统可测量个人体育活动数据并将数据发送至个人手机 Wocket系统能持续测量个人体育运动强度、持续性和地理位置，这样的测量能持续数月或数年 Jerret等开展了利用遥感系统调查个人暴露和运动的研究，研究者给志愿者们佩戴了2个体育运动检测装置和1个装有新型软件的智能手机，该装置可用于记录体育运动，及其时间和位置 研究者获得这些运动和位置的数据，结合空气污染物空间变化估算每个人呼吸空气中氮氧化物的总量 他们发现旅行对个人暴露剂量呈现不相称的贡献，因为他们比步行者和骑自行车人群的活动更多

　　研发的各种新型装置可以让研究人员获取关键性的暴露数据和个人暴露结果，与以前数据比较，这些暴露研究结果更加完善和科学 过去科学家们关心人体暴露的5个关键信息: 谁暴露(who)、暴露了什么(what)、暴露的时间(when)、暴露的地点(where)和为什么产生了暴露(why)，简称5个W信息 但仅知道这5个W信息是不够的，仍无法建立暴露与疾病的真正关系 而要解决这一问题就必须知道第6个重要的W信息: 哪一种暴露造成疾病(which) 各种组学及其分子技术学的介入有助于更清楚地了解第6个W信息 但是基于遥感技术监测人体外暴露和记录个人行为活动的研究处于起步阶段，而这些技术也只仅适用于特定人群和监测特定污染物，仍然无法完全获知人体暴露组的外暴露全部信息，亦无法适用于公共人群的健康管理中，如何全面记录个体和普通人群外暴露全部信息仍然是当前的一大难题

　　52 分子技术

　　理论上说，分子技术方法是组学技术的一部分，但与组学技术最大的差别在于这些分子技术手段是有目标性的研究手段(targeted)，而通常所说的组学技术是无目标性研究(untargeted) 通过这些有目标性的技术去研究特殊的暴露及其相应的分子组成特征，结合多种分子技术，对于表征总的暴露组特征极有价值 例如Avi Spira利用人体通气道中基因表达组分去发现身体对抽烟暴露响应的分子标志物 现存的诊断测试肺癌技术包括层析成像与支气管镜检查法，两种方法结合起来诊断早期肺癌的灵敏度仅50% 通过从正常的支气管上皮细胞中提取RNA，并在微阵列上运行，发现了吸烟者体中存在80个明显不同的基因表达从而导致氧化还原酶的增加，而这些基因表达是否最终发展为肺癌采用生物标志物芯片法诊断早期肺癌的发病率的灵敏度超过80%，如果与支气管镜检查法结合可高达95% 目前，独立队列研究中证实了生物芯片技术可大大提高生物标志物的灵敏度，期望会成为一种支气管镜检查法的辅助诊断手段 又如，由于许多生殖方面的事件如排卵和受精不能直接观察，而且存在较大的个体差异性，美国National Institutes of Health的Rajeshwari Sundaram开发了一种简单可行的手段去认识环境暴露与生殖结局之间的关系 Sundaram等应用商业化的受精监测仪，检测了参与人员中妇女体内生殖荷尔蒙(estrone3glucuronide and luteinizing hormone)的波动 这种低廉、易于操作且可靠的监测仪将荷尔蒙组成直接上传到网络数据分析系统中，根据合适的受孕时间及检测中丢失的数据及时向参与者提供反馈 这种监测仪是纵向观察受精与环境研究(longitudinal investigation of fertility and the environment study，LIFE)的基本部分，这一研究主要评价持久性环境化学物影响人类生殖与发展 LIFE研究让501对夫妻尝试怀孕，研究者分析了参与志愿者血清中残留的有机氯农药、多氯和多溴联苯、多溴联苯醚和全氟化合物，并面访评价部分生活方式等影响因子，分析了持久性污染物的暴露对生殖能力的影响

　　分子技术方法是一门较为成熟的技术手段，已广泛应用于临床医学 暴露组研究中借用分子技术手段，主要目的在于研究特殊暴露对人体健康的影响和复杂疾病病原的探究，当前这些研究仍然无法全面阐明疾病与人体暴露之间的关联，暴露组研究中借用该技术旨在明确二者之间的关系

　　53 组学技术　　从某种意义上说，暴露组的概念来源于基因组，因此有必要借鉴人类基因组研究的高通量技术手段去表征细胞、组织或体液中RNA表达(转录组)、蛋白质(蛋白组)和代谢物(代谢组)等后期生物事件 由于不同生长环境和时期下相同细胞的基因表达情况不完全相同，转录组可以记录特定功能下细胞全部转录本，不同人群暴露于外界环境不同，因此机体内细胞基因表达亦会不同，例如在一些动物实验中揭示环境汞的暴露对大鼠脑即刻早期基因cjun、cfos mRNA转录和cjun、cfos蛋白表达存在明显的影响 因此通过转录组学可以更清楚地记录环境因子对机体基因表达的影响 蛋白质是生命的物质基础，生物机体中所有细胞及其重要组成部分都有蛋白质的参与，机体的细微变化都会引起蛋白质谱的差异，各类疾病的发生同样可以导致蛋白质的改变; 反之，蛋白质的改变可以导致疾病的发生，例如蛋白质的过氧化可以导致衰老、糖尿病、慢性肾衰和感染等 通过开展蛋白质组学的研究记录一个组织或细胞的全部蛋白质表达水平、氨基酸序列和翻译后加工以及蛋白质相互作用等信息，在此基础上可以了解细胞的各种生物化学过程以及病理反应 同样，环境暴露的污染物进入机体，可能在机体中反应，产生各种生物化学代谢物，通过代谢组学的研究可以清楚地记录机体受到外界刺激(如暴露于环境污染等)后代谢产物的图谱及其动态变化 Elaine Holmes和她的同事表征了人类和其他动物对化学暴露以及生活方式等因子或事件(如饮食以及早产)响应的代谢特征 研究的突破点在于动态检测多种化合物 利用核磁共振光谱或质谱，以及主成分分析从体液或组织中获取多种指纹 研究发现，如果哺乳期的母亲服用一种可以治疗胀气和发烧以及减缓病痛的非处方药: 扑热息痛，在婴儿的尿液中亦能监测出来 然而这一研究捕捉非常短期的暴露和剂量，并不能代表扑热息痛的暴露会对将来健康产生影响 同时该研究小组也能观测出当野生动物暴露于WHO推荐的暴露下限Cd浓度时，肾脏内羟基丁二酸和乙酸酯增加，谷氨酸盐和支链氨基酸却减少 在一项调查中，Holmes小组可以通过评价早期代谢产物的变化区分出成人属于正常出生还是早产 她解释道，当一个婴儿出生时，如早产等许多因素会影响肠道微生物的生长，这些细菌随着人群变化巨大，但依然能反映健康和疾病影响的代谢组成 众所周知，早产可以导致后期心血管疾病、代谢综合征、肾脏疾病和其他负面健康，Thomas等评价了30个年轻成年人的代谢组成，发现早产人一些代谢产物明显增加，这些代谢产物可用于识别炎症或炎症前期的症状 因此代谢组可以精确地记录生命期中与疾病息息相关的暴露

　　内外暴露将不断引起机体生物化学信息库的改变，而这些信息不仅与暴露相关，同时也与疾病的发生密不可分 高通量组学技术的应用让我们知道这些暴露在机体内发生变化，同时也让我们了解了疾病发生的机理 在疾病保护和诊断上确认有用的分子标志物，并根据个人的暴露组特征去发展新型的治疗方法 组学技术的发展，为了解疾病发病机理提供有价值的信息 由于近年来人类基因组计划(Human Genome Project，HGP)的成功实施，各种组学技术得到了快速的发展，尤其在无目标性研究其中关键作用，全面地记录了基因表达，转录，和代谢等全部信息，让人们更加清楚自己机体发展的一切变化 暴露组研究中必须运用这些高通量技术全面记录人体暴露过程中机体的一切改变，因此组学技术的运用将决定暴露组研究的成败

　　6 挑战及其展望

　　尽管暴露组的概念刚刚提出，但其内涵和外延得到了不断的完善和更新，生物标志、个体检测器、影像学等技术的进步也会为暴露组的研究带来空前的发展 然而在当前的技术手段和分析方法上仍然无法准确定量一个人的暴露组，开展暴露组研究仍然需要从概念的内涵上加以发展，同时分析技术手段和方法亦需要进一步完善 当前下，暴露组研究面临着诸多困难，概括而言，主要包括以下四个方面

　　1)暴露组是个动态的概念，这一动态不仅体现在研究每个人每时每刻的总暴露，而且这一概念还受到其他学科和技术的发展而不断扩展其内涵与外延 暴露组研究人体从出生至生命结束整个生命过程中每时每刻暴露于外界环境(空气、水、饮食)，以及社会环境和个人发展阶段及行为，因此是在一个动态的状态下探讨人体暴露与机体响应的一门科学 同时随着各种新型产品和污染物的出现，社会文化的发展、各种交往的渗透，气候环境的变迁，暴露组的内涵将逐渐加深，而外延也将不断地扩展 由于很多因素在当前的认识下无法预测，因此也为暴露组的研究增加了许多不确定因素

　　2)暴露组是建立在暴露科学基础上，并借鉴了基因组学的研究思路和统计方法，目前关于这些研究的信息多为零星和分散的，如何将这些数据整合归纳起来为暴露组的研究提供更有针对性的指导方案是一项巨大的工程 关于人体暴露途径、职业病调研、个别疾病的生物指标和分子流行病等研究都已有了不同程度的开展，暴露组研究的开展应借鉴这些方法和思路进行更具有针对性的研究 如何将这些已存在的结果整合起来，并建立其各种相互偶合关联，为暴露组的研究思路和方法提供有效的信息，亦亟需开展 同时暴露组检测方法的进步其发现的信息有利于个体健康保护，但公共健康影响才是暴露组的研究目标，因此在当前乃至今后很长一段时间内，暴露组研究的最大障碍是如何将其应用到公共人群的健康风险预测和疾病控制等方面 个体暴露组信息的完善是建立完整的公众暴露组的第一步

　　3)暴露组的研究将借助各种组学技术，但是如何把这些组合技术手段结合起来，发挥其最大作用，需要不断地摸索 而且这些技术并不能完全地解决暴露组的研究问题 例如暴露组的研究重点在于捕捉各种内在的分子标志物，而并不是所有的污染物 因此必须优化这些技术手段的组合配置 同时还需要加强国际合作，鼓励多方位的金融投资，将特定人类染色体测序的工作分配给全世界不同的研究小组来共同完成，在地区层面上获得当地暴露信息研究的成功，从而促进暴露组数据库的建立和共享，通过这种方式才可能使暴露组研究得到最快速地发展

　　4)随着各种技术手段的发展，对污染物暴露途径、分子作用机理和疾病发生原委的认识逐步清晰，然而由于社会经济等因素引发的社会暴露在这些技术手段上难以表征，解决社会干预、生物效应和疾病风险之间复杂的关系必须通过社会学家、环境科学家、流行病学家、分子生物学家和其他领域科学家之间的密切合作才能共同完成具体参见污水宝商城资料或http://wwwdowatercom更多相关技术文档。

　　因此暴露组以一个全新的概念展现在人们面前，而且为人类健康带来了无限希望，同时更多地为人们提供了了解自我的机会，亦为科学家们提供了更大的研究平台和思考空间 在可以预见的未来，随着各种技术手段的进步，各个学科的融合和交叉，以及各个领域科学家的紧密合作，逐步建立健全人类暴露组信息数据库，揭开人体暴露、作用机制和疾病成因的本质，为人类健康保护和疾病预防发挥重要作用

城市腹地详细计算步骤：（以计算广州城市腹地为例）

选取衡量城市实力的四类指标,用聚类分析方法,确定与广州处于同一级别的中心地城市;用主成分分析法提取影响主因子,采用影响力指数计算2004年广州腹地的断裂点,并结合流态分析,将广州城市腹地划分为包括广东、广西、湖南、云南、贵州、四川、海南在内的直接腹地以及包括重庆、江西、福建和湖北在内的竞争腹地其范围与泛珠江三角洲的省区基本相当然后用同样方法计算广州1985、1994年的断裂点,比较改革开放近20年来广州城市腹地的变化,分析了变化的原因;最后,探讨了未来广州腹地拓展的策略,并认为推进泛珠江三角洲一体化建设对拓展广州腹地具有重要意义

一个明确而又合理的城市腹地范围,是保证一定区域内各城市实现合理功能整合的关键,也是对城市经济区进行各项研究的基础通过构建衡量城市综合规模的指标体系,运用主成分分析法计算中国283个地级及以上城市的规模值在GIS软件支持下,将中国划分为5km×5km的格网,利用场强模型,对2004年283个地级及以上城市的腹地进行了划分,比较腹地的范围及相互关系,并与省域和市域行政范围进行了叠合分析,实现了城市腹地测定、分析的可视化结果表明:中国地级及以上城市规模值差异较大,最大和最小城市规模相差达284倍场强值分布呈现明显的东、中、西递减的分异特征,与经济发展的梯度差异一致中、东部的城市影响力的弱势区域全部分布在省域交界地带,在场强值大于12的级别上,东、中部城市的场强影响范围连成一片各城市腹地范围相差亦较大,最大和最小城市腹地相差达5488倍各城市在地理位置上不一定位于其腹地的几何中心,偏移比较大的城市往往成对分布城市腹地与省域行政范围吻合度较差,根据腹地在市域行政范围内的面积比例,将城市分为4类,并提出相应的空间发展策略依据腹地的分析结果将全国划分为3个一级城市经济区、11个二级区和38个三级区

城市腹地是城市周围与城市具有紧密的经济、文化联系的毗邻地区。其大小受自然、资源、社会、经济诸因素制约。城市周围地区地形起伏、河流长度与流域范围、资源分布和开发程度、交通线网布局、商品货物流向、城镇网密度、人口分布，都对城市吸引范围和腹地大小产生影响。城市性质、规模也与腹地大小和腹地经济特征有密切关系。如腹地农业发达，农产品商品率高，有利于城市发展为轻工业基地；腹地矿产资源得到开发，有助于城市重工业建设。一般腹地范围愈大；经济发展水平愈高，城市发展规模和潜力也愈大。　　一般指与某城市地理位置接近，或与某城市具有密切经济联系而作为原材料、产品供应基地或重要销售市场的地区。城市腹地是在长期的商品经济发展过程中自然形成的，经常随社会经济发展而变化。城市和腹地之间的社会经济联系，内容十分广泛，但主要是原料材料资源、能源、水源、各种工农业产品的产供销关系，以及劳动力输送和人才交流。城市与腹地之间不一定在地理上连成一片，它不同于经济区。　　根据社会经济联系疏密程度的不同，城市腹地可分成若干层次。在中国，上海市的经济腹地，第一层次是长江三角洲，第二层次是包括江苏、浙江、安徽三省在内的华东区，第三层次将扩大到全国其他一些地区。城市腹地没有明确的地理界限。一个城市可以有多个腹地，而不同城市的腹地，又可以相互交叉和重叠。比如中国的西北地区，既是天津的腹地，也可说是上海的腹地。　　城市与腹地在经济上是相互联系、相互影响和相互作用的。城市的形成和发展要受腹地的自然资源和社会经济条件的影响和制约，而腹地的经济、社会发展，也离不开城市在经济、技术等方面的帮助和支援。

提供一些容易收集资料、易于写作的会计论文主题，供写作参考。

一、会计方面（含会计理论、财务会计、成本会计、资产评估）

1．金融衍生工具研究

2．财务报表粉饰行为及其防范

3．试论会计造假的防范与治理

4．会计诚信问题的思考

5．关于会计职业道德的探讨

6．论会计国际化与国家化

7．论稳健原则对中国上市公司的适用性及其实际应用

8．关于实质重于形式原则的运用

9．会计信息相关性与可靠性的协调

10．企业破产的若干财务问题

11．财务会计的公允价值计量研究

12．论财务报告的改进

13．论企业分部的信息披露

14．我国证券市场会计信息披露问题研究

15．上市公司治理结构与会计信息质量研究

16．论上市公司内部控制信息披露问题

17．关于企业合并报表会计问题研究

18．我国中小企业会计信息披露制度初探

19．现金流量表及其分析

20．外币报表折算方法的研究

21．合并报表若干理论的探讨

22．增值表在我国的应用初探

23．上市公司中期报告研究

24．现行财务报告模式面临的挑战及改革对策

25．表外筹资会计问题研究

26．现行财务报告的局限性及其改革

27．关于资产减值会计的探讨

28．盈余管理研究

29．企业债务重组问题研究

30．网络会计若干问题探讨

31．论绿色会计

32．环境会计若干问题研究

33．现代企业制度下的责任会计

34．人本主义的管理学思考――人力资源会计若干问题

35．试论知识经济条件下的人力资源会计

36．全面收益模式若干问题研究

37．企业资产重组中的会计问题研究

38．作业成本法在我国企业的应用

39．战略成本管理若干问题研究

40．内部结算价格的制定和应用

41．跨国公司转让定价问题的探讨

42．我国企业集团会计若干问题研究

43．责任成本会计在企业中的运用与发展

44．试论会计监管

45．会计人员管理体制问题研究

46．高新技术企业的价值评估

47．企业资产重组中的价值评估

48．企业整体评估中若干问题的思考

49．新会计制度对企业的影响

50．《企业会计制度》的创新

51．我国加入WTO后会计面临的挑战

52．XX准则的国际比较（例如：中美无形资产准则的比较）

53．新旧债务重组准则比较及对企业的影响

54．无形资产会计问题研究

55．萨宾纳斯――奥克斯莱法案对中国会计的影响

56．对资产概念的回顾与思考

57．规范会计研究与实证会计研究比较分析

58．试论会计政策及其选择

59．对虚拟企业几个财务会计问题的探讨

60．知识经济下无形资产会计问题探讨

61．两方实证会计理论及其在我国的运用

二、财务管理方面（含财务管理、管理会计）

1．管理层收购问题探讨

2．MBO对财务的影响与信息披露

3．论杠杆收购

4．财务风险的分析与防范

5．投资组合理论与财务风险的防范

6．代理人理论与财务监督

7．金融市场与企业筹资

8．市场经济条件下企业筹资渠道

9．中西方企业融资结构比较

10．论我国的融资租赁

11．企业绩效评价指标的研究

12．企业资本结构优化研究

13．上市公司盈利质量研究

14．负债经营的有关问题研究

15．股利分配政策研究

16．企业并购的财务效应分析

17．独立董事的独立性研究

18．知识经济时代下的企业财务管理

19．现代企业财务目标的选择

20．中小企业财务管理存在的问题及对策

21．中小企业融资问题研究

22．中国民营企业融资模式――上市公司并购

23．债转股问题研究

24．公司财务战略研究

25．财务公司营运策略研究

26．资本经营若干思考

27．风险投资运作与管理

28．论风险投资的运作机制

29．企业资产重组中的财务问题研究

30．资产重组的管理会计问题研究

31．企业兼并中的财务决策

32．企业并购的筹资与支付方式选择研究

33．战略（机构）投资者与公司治理

34．股票期权问题的研究

35．我国上市公司治理结构与融资问题研究

36．股权结构与公司治理

37．国际税收筹划研究

38．企业跨国经营的税收筹划问题

39．税收筹划与企业财务管理

40．XXX税（例如企业所得税）的税收筹划

41．高新技术企业税收筹划

42．入世对我国税务会计的影响及展望

43．我国加入WTO后财务管理面临的挑战

44．管理会计在我国企业应用中存在的问题及对策

45．经济价值增加值（EVA）――企业业绩评价新指标

本专题介绍以下几个内容：

l遥感与GIS

l遥感与GIS一体化集成技术

lENVI/IDL与ArcGIS一体化集成方案

lENVI/IDL与ArcGIS一体化集成操作演示

lENVI/IDL与ArcGIS集成开发案例

1 遥感与GIS

遥感是空间数据采集和分类的有效工具，GIS是管理和分析空间数据的有效工具（彭望琭等，2002）。两者是空间信息的主要组成部分，有着必然的联系。遥感具有动态、多时相采集空间信息的能力，遥感影像已经成为GIS的主要信息源。作为GIS的核心组成部分，遥感影像是提供及时信息的理想方式。在遭遇灾害的情况下，遥感影像是唯一我们能够立刻获取的地理信息；在地图缺乏的地区，遥感影像甚至是我们能够获取的唯一信息；

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5 天前 22:20

图1 遥感与GIS

在空间信息的许多行业，离开遥感影像，GIS就是不完整的。另一方面，遥感获取丰富的、海量的空间数据有赖于GIS的有效管理与共享，同时利用GIS强大的空间分析功能提取更深层次的专题信息，全面提升影像的利用价值。

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5 天前 22:20

图2 遥感与GIS一体化集成意义

2 遥感与GIS一体化集成技术

遥感影像类似于GIS中的栅格数据，遥感和GIS很容易在数据层次上实现集成（邬伦等，2001）。GIS软件没有提供完善的图像处理功能，遥感软件中也缺少空间分析及数据管理工具。遥感和GIS一体化集成，可以有以下三个层次及途径实现。

(一)数据一体化管理与共享

l数据互操作

遥感影像和图像分析功能可以作为核心组成部分与GIS实现一体化，首先解决的问题就是遥感与GIS平台之间的数据互操作问题。数据互操作实现有两个途径：

一是将遥感数据或者GIS数据都以标准格式保存，两个平台都支持；

二是遥感和GIS平台直接支持对方数据格式。很明显后者比前者更加方便。

l栅矢数据集中和分布式管理

在遥感中，数据主要储存格式为栅格，GIS中主要由矢量数据格式组成。栅格和矢量一体化管理，需要这样一种数据模型，同时储存栅格和矢量数据，支持分布式管理。

l基于服务的企业级共享

影像天然地具有企业级应用的潜力，因为它可以实现多个用户在同一幅图上同时进行操作。而这对于大型企业级应用更加有利，其中最主要的一项优势就是节省成本。我们可以分享同一影像资源，从而显著地减少成本。而影像由于自身的特点，具有很高的存储要求，尤其是那些高空间分辨率、多光谱影像。传统以纸质影像图或者电子文件分发的形式也能实现数据共享，但是共享效率比较低。如今基于Web services的共享方式提供了一种合理的解决方式，它集中利用了计算机资源，可以为若干个客户端提供影像共享服务。

(二)平台一体化分析

在遥感软件中进行的图像处理工作流，与GIS软件下的GIS工作流实现无缝链接和交换。如在遥感软件中处理的数据通过菜单功能直接传送到GIS软件中，无需中间的保存、打开等步骤；GIS软件中分析的数据，直接导入遥感软件中，并且保持同步显示；遥感软件中集成GIS软件的部分组件功能。

虽然在两个不同的软件平台下工作，操作感和处理效率类似在一个平台下作业。

(三)系统一体化集成开发

大多数遥感和GIS软件平台都提供了二次开发功能。如在进行GIS系统开发时，将专业的影像数据处理和分析工具集成到GIS系统环境中，在同一系统中既能完成遥感数据的专业处理与分析，又能完成GIS空间分析和发布共享等工作，形成一个遥感与GIS一体化集成系统。

要实现一体化集成开发系统，前提是遥感和GIS软件平台提供的二次开发接口，都能通过程序开发语言调用，并整合在一起。

3 ENVI/IDL与ArcGIS一体化集成方案

遥感与GIS不仅从数据上，还会从整个软件构架体系上真正实现融合，从而可以达到优势互补，进一步提升GIS软件的可操作性，提升空间和影像分析的工作效率，并有效节约系统成本。为了适应这种新的用户需求和未来的技术发展趋势，更好地为用户提供服务，全球最大的GIS技术提供商ESRI公司与全球遥感领域的领导者美国ITT Visual Information Solutions(简称ITT VIS)公司，建立了全球战略合作伙伴关系，共同开发和建设遥感与GIS一体化平台。

ENVI是由遥感领域的科学家采用IDL（交互式数据处理开发语言）开发的一套功能强大的、完整的遥感图像处理软件。ArcGIS是由ESRI公司开发的、全球使用最广的GIS软件。ENVI/IDL与ArcGIS一体化集成解决方案，在真正意义上实现了遥感与GIS一体化集成。

(一)数据一体化管理与企业级共享

lENVI/IDL与ArcGIS数据互操作

从2007年6月开始，ESRI公司和ITT VIS公司宣布两者的商务和技术合作计划。两个平台互相支持对方的格式，同时两者都支持一些通用文件格式，如GeoTiff、JPEG2000等（图3）。

图3 ENVI/IDL与ArcGIS数据互操作

l栅矢数据集中和分布式管理

Geodatabase是按照一定的模型和规则组合起来的存储空间数据和属性数据的容器，已经成为ArcGIS的核心数据模型，它实现了多源空间数据的集中和分布式管理。它是一种天然的遥感与GIS数据一体化储存模型。根据不同的应用需求，它分为三个级别：File Based Geodatabase、Personal Geodatabase、Enterprise（SDE）Geodatabase。其中Enterprise（SDE）Geodatabase支持分布式管理与储存。

图4 天然的遥感与GIS数据一体化储存模型

ENVI完全支持ArcGIS Geodatabase各个级别的读写，在ENVI、ENVI Zoom、ENVI EX中，都可以通过菜单Remote Connection Manager打开相应的面板，也可以通过Save to ArcGIS Geodatabase菜单将数据保存到Geodatabase。

图5 打开Geodatabase以及服务的数据

图6数据保存到Geodatabase

l基于服务的企业级共享

ENVI可以当作一个客户端，打开OGC标准的服务（WCS/WMS），这些服务可以是ArcGIS Server发布的。

其中WCS服务发布的影像数据保留了原始的数据的像元值和波段信息，因此通过WCS服务获得的影像可以做进一步的分析，跟分析本地影像效果是一样。

图7 远程数据接收与本地处理、成果共享

(二)ENVI/IDL与ArcGIS平台一体化分析

最新版的ENVI47推出专门为GISer使用的ENVI EX模块，这个模块整合了部分ArcGIS®和ENVI功能，将影像处理和分析与GIS工作流无缝链接到一起，在ENVI EX中能完成三个方面的工作：

1)无缝链接GIS工作流

ENVI EX将影像处理和分析与GIS工作流无缝链接到一起，在ENVI EX中能实现：

轻松交换数据和图层文件：ArcGIS中的数据或图层文件（lyr）可以通过鼠标拖拽方式放到ENVI EX上进行显示。

查看和处理ArcGIS图层：ENVI EX支持ArcGIS的图层符号化显示，即可以完全按照ArcGIS风格和样式显示图层数据。

同步查看图像处理结果：在ENVI EX下执行图像处理过程中，动态修改参数，在ENVI EX和ArcGIS可以看到相同的变化结果。

2)向导式专业影像处理工具

ENVI EX提供GIS用户最需要的图像处理和分析功能，并以流程化、向导操作方式提供。并具有透视窗口随时预览处理结果。

3)成果共享

ENVI EX提供多种成果共享方式，将影像处理与分析结果无缝集成到GIS工作流中。

l存储为通用格式或PowerPoint文件

l直接保存Geodatabase或输出Shapefile

l在ENVI EX中直接调用ArcGIS制图组件进行出图

l通过菜单直接将成果导入ArcMap进行制图，无需中间保存与打开过程。

同样ENVI Zoom视窗具有ENVI EX类似的功能。

图8 平台一体化分析方式

(三)ENVI/IDL与ArcGIS集成开发

ENVI是一个非常开放的平台，提供一个健全的函数库（图9），几何涵盖ENVI平台大部分图像处理功能。

图9 ENVI部分函数库列表

同时IDL具有很好的扩展性，能很方便地与其他开发环境（VB、VC、NET、Java等）进行集成开发。IDL可以通过以下方式与其他语言集成开发：

1)Callable技术

IDL作为动态链接库被外部程序调用的技术。使用Callable 技术，外部程序可以像IDL命令行一样使用IDL命令或调用执行IDL的程序。

简单实现方法（在vc60）：

1将\ITT\IDL71\external\include目录下的idl_exporth头文件，添加到VC工程中

2工程→设置→连接 中的对象/库模块 中 添加idllib

3添加Library files 安装路径\ITT\IDL71\BIN\BINX86

4系统变量path中添加IDL的安装路径\ITT\IDL71\BIN\BINX86

5进行初始化IDL_Win32Init(0,handle,NULL,0)

6执行IDL命令行IDL_ExecuteStr(“restore,‘satstretchsav’”)

7 IDL_Cleanup(true)

2)对象输出助手

将IDL编写的功能模块输出为Java类和COM组件（DLL或者OCX）。

3)IDLDrawWidget （VS2005中）

首先在建立一windows应用程序。在工具箱上右键→选择项→COM组建选中IDLDrawWidget Control 30 拖动 控件到窗体上 axIDLDrawWidget1IdlPath设定IDL库文件目录 n = axIDLDrawWidget1InitIDL((int)thisHandle) axIDLDrawWidget1ExecuteStr(“”);执行IDL命令 4)COM_IDL_CONNECT

同IDLDrawWidget类似。

同时，ArcGIS提供ArcObjects软件组件库，它提供了模块化、可伸缩、跨平台的通用API。

ENVI/IDL与ArcGIS集成开发可以通过以下三个途径实现：

图10 三种集成开发模式

1)ENVI / IDL与ArcGIS桌面定制

通过ArcGIS桌面SDK及开发语言（如Python、VBA、VB、VC、net等），将ENVI/IDL图像处理与分析功能集成到ArcMAP中：

图11将 ENVI/IDL功能嵌入ArcMAP Toolbar中

图12 ENVI/IDL功能嵌入ArcToolBox中

图13 ENVI/IDL功能嵌入ModelBuilding（GP工具）

2)ENVI / IDL与ArcGIS Engine

ArcGIS Engine是组件式开发工具包，可以灵活、方便地定制地图及GIS解决方案。ENVI / IDL与ArcEngine的一体化集成开发具有以下三个特点：

1通过ArcGIS Engine解决了数据浏览、栅格矢量叠加、矢量编辑、渲染、专题制图以及空间分析等问题；

2将ENVI/IDL作为影像处理引擎，解决专业的影像处理过程；

3基于成熟平台的二次开发，快速实现了系统无缝集成开发，而且大大减少了程序的开发量、开发周期，减少了系统开发的风险，开发者可以将大部分精力放在系统业务流程上。

图14 ENVI/IDL与ArcEngine一体化集成开发

3)ENVI / IDL与ArcGIS Server

将ENVI/IDL图像处理与分析功能集成在服务器端，以ArcGIS Server作为地图服务器，将处理结果传递到客户端，较好地实现了B/S模式下对影像实时计算处理的需求。

ENVI/IDL与ArcGIS一体化集成打破了传统单一的遥感图像处理流程，形成影像数据处理与分析、管理、空间分析、发布共享的空间信息工程化与流程一体化（图15）。

图15空间信息工程化与流程一体化的最佳组合

4 ENVI/IDL与ArcGIS一体化集成操作演示

(一)企业级共享

下面以一个比较简单的例子演示这个过程。

1)将ENVI中处理好的数据用ArcGIS Server发布成wcs服务。

图16 发布wcs服务

2)获取WCS服务的URL地址。

图17 获得WCS服务URL

3)打开ENVI或者ENVI Zoom或者 ENVI EX，这里打开ENVI EX。在ENVI EX中，选择File->Remote Connection Manager（图18），在Remote Connection Manager中New一个连接，连接的属性面板中（Connection Properies）中，Type中选择OGC Web Coverage Servics（WCS）项，将WCS服务的URL输入URL项中，后加一个英文半角“？”，其他信息自动从URL中获取，单击OK。

图18新建一个WCS连接

4)可以看到获取的WCS服务中的影像数据（图19）。单击Open按钮，将获取的数据在ENVI EX中打开。

图19 获取的WCS服务中的影像信息

5)在ENVI EX中打开的WCS服务中的影像数据（图20），可以对这个影像数据进行分析，如这里对其进行Classification，这是一个流程化的操作，一路Next下去（也可以修改一些参数），其中可以打开Proview功能对结果随时预览。

图20 对WCS服务中的影像数据进行分析

6)到输出结果步骤时，可以选择GDB或者Shapefile，这里选择保存到GDB中（如图21）。

图21 保存结果到Geodatabase中

这样我们就完成了一个比较典型的影像共享过程：影像服务发布(数据中心)->使用影像服务(数据使用单位)->浏览与分析影像->分析结果储存与再次共享。

(二)平台一体化分析

下面以利用影像来更新矢量数据的例子演示ENVI/IDL与ArcGIS平台一体化分析过程。

1)将“旧”矢量数据和“新”的影像数据加载到ArcMAP中（图22）。

图22 加载矢量和影像数据的ArcMAP

2)根据“旧”矢量数据和影像目视解译结合方法选择部分矢量要素作为样本。生成新的一个矢量图层。

图23 选取的样本

3)打开ENVI EX（ENVI Zoom也可以），鼠标左键在ArcMAP中单击样本矢量层拖拽到ENVI EX中，可以看到ENVI EX中已经将样本图层打开并保持ArcMAP一样的专题符号。同样的方法将影像拖拽到ENVI EX中（图24）。

图24ENVI EX中打开矢量样本和影像数据

4)在ENVI EX中，鼠标左键按住影像图层拖拽到Toolbox中的Classification流程化工具中。启动Classification流程化工具。单击Next按钮，选择监督分类（Use Training data），将前面的矢量样本导入（图25）。

图25 选择矢量样本

5)同样可以用Preview预览分类结果。一路Next，在Save Results同样可以选择保存文件还是GDB。这里选择保存为shapefile文件。

6)在ENVI中加载获得的结果，选择File->Print，集成了ArcMAP制图输出组件，支持ArcMAP制图模板。

图26 打印输出结果

7)或者在ENVI EX的Layer Manager中分类矢量结果图层上单击右键，在快捷菜单中选择Send to ArcMap命令，可以直接将结果传送到ArcMap平台中。

8)选择ENVI EX中的Geo Link To ArcMap命令，可以将ENVI与ArcMap进行地理链接，使两个平台浏览的范围保持一致。

这个例子完成了一个GIS工作流与遥感工作流无缝链接的过程。

5 ENVI/IDL与ArcGIS集成开发案例

(一)城市遥感动态监测管理系统——北京建设数字科技股份有限公司

以地理信息基础平台为基础，3S技术一体化为核心，结合专业遥感处理软件ENVI，实现对城市范内区域、街道、重点对象的影像特征的采样和分析，快速获取其空间特征。并利用ArcGIS Engine的叠加分析、缓冲区分析等功能，实现对多时相城市航空影像数据之间、遥感影像数据与规划编制、规划审批成果之间的比对分析，及时了解城市的土地利用变化情况，掌握城市建设中与规划不符的情况。并通过核查上报、统计分析等手段，为城市规划监察、城市管理服务。

图27 系统主界面

图28 遥感影像信息分类提取

(二)环北京土地利用动态监测与评价平台——2009ESRI开发大赛ENVI/IDL组一等奖作品，首都师范大学

系统的基本功能包括各种栅格数据的加载、显示（单波段显示和多波段合成）、数据管理、数据格式转换、波段统计、ROI选取工具、图像的增强等功能。

在业务功能方面，系统主要分成类三个模块，其中包括监测指标和计算模块、土地利用信息提取模块和土地资源监测评价模块。监测指标和计算模块的功能主要包括NDVI（归一化植被指数）、MSAVI（土壤调整植被指数）、FC（植被覆盖度）、Slope(DEM的坡度计算)和PCA变换（主成分变换）；土地利用信息提取模块包括基本的图像信息提取方法，如监督分类、非监督分类、目视解翻，并提供的基本的分类后处理的功能；土地资源监测评价模块主要包括：土壤侵蚀监测评价、土地退化监测评价、土地沙化监测评价和土地盐碱化监测评价。其中前两种评价主要是用IDL编写的决策树算法，后两个评价介于ArcGIS Desktop的model builder创建模型，在ArcGIS Engine的Geoprocessing中进行调用。

图29 系统主界面

图30 土壤侵蚀监测评价子模块

图31 支持向量机监督分类

(三)遥感震害快速评估技术系统——中国地震局地壳应力研究所

遥感震害快速评估技术系统是在地震遥感震害快速增强、震害分类提取与震害评估技术研究的基础上，针对国家抗震救灾指挥和地震现场评估的需要，研制的适应近地表遥感信息获取系统获取的多景图像的技术系统。用户可以利用该系统在图像接收后2-6小时内提供初步的宏观灾情提取结果与损失评估结果，6-18小时内提供准确的宏观灾情分布结果和损失评估结果。

遥感震害快速评估技术系统的主要功能包括遥感（RS）和地理信息系统（GIS）的无缝结合，近地表数据处理，遥感影像快速校正，遥感影像快速增强，用面向对象等实用的分类技术进行震害识别，震害损失评估，与数据库结合，成果图像的快速显示和制图，专用的评估流程和集体评估的集成。

图32综合评估平台

图33 影像自动配置子功能

(四)农作物调优栽培决策支持系统——国家农业信息化工程技术研究中心

农作物调优栽培决策支持系统是依托农业部公益性行业科研专项“主要农作物调优栽培信息化技术”项目，基于最新的ENVI/IDL技术、WebGIS、GPS、企业空间数据库、通信技术、作物模拟技术等信息技术和农学知识的高度集成，建立的用于主要农作物调优栽培的信息化决策支持系统。

系统主要面向农业管理部门、农业生产部门（如农场）、作物协会（如谷物协会）及大型涉农企业的专业技术及生产管理人员，对主要农作物的产前优良品种种植区划——产中调优栽培及产量、品质预报——产后指导按质收购等作物生产全过程进行信息化管理，最大限度地为农作物生产的信息化管理与粮食政策的制定提供决策支持。

系统通过采用ENVI/IDL编程技术实现对遥感影像的实时计算和处理，生成初步的作物分类结果以及影像光谱指数，结合野外采集的GPS定位数据、农学样点信息，综合分析各种常用的农学模型，通过WebGIS技术实现实时直观的专题图、统计图表、细节点击查询等多种展现方式，实现对作物长势监测、作物产量估算、作物品质预测、病虫害监测、干旱监测、冻害监测、肥水诊断等作物生产全过程的信息化管理。

系统采用Oracle10g +ArcSDE作为空间数据库，后台采用ENVI/IDL、ArcGIS Engine、ArcIMS实现遥感影像处理与发布，前端页面展现完全基于Ajax技术构建，综合采用了OpenLayers、JQuery、Google Maps API等脚本库。

图34 自定义植被指数计算界面

图35 作物长势分级专题图

6总结

随着空间信息市场的快速发展，遥感数据与GIS的结合日益紧密。遥感与GIS的一体化集成逐渐成为一种趋势和发展潮流。ENVI/IDL与ArcGIS为遥感和GIS的一体化集成提供了一个最佳的解决方案。