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面向少样本故障诊断的知识自监督深度表征学习方法

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控制与决策 2024年第10期39卷 3357-3365页

作者：姚家琪宋鹏宇沈萌赵春晖王文海浙江大学控制科学与工程学院杭州310027 深圳职业技术学院智能科学与工程研究院广东深圳518055

目前机器学习技术已被广泛应用于工业智能故障诊断中,但其成功应用的前提条件是能够获取到充足的含标签故障数据以对机器学习模型进行训练.实际工业场景中,设备常运行于正常状态,故障数据的获取与标注成本巨大,无法达到模型训练的需求.... 详细信息

目前机器学习技术已被广泛应用于工业智能故障诊断中,但其成功应用的前提条件是能够获取到充足的含标签故障数据以对机器学习模型进行训练.实际工业场景中,设备常运行于正常状态,故障数据的获取与标注成本巨大,无法达到模型训练的需求.现有少样本诊断方法通常依赖于额外的有标签数据,无法克服工业场景下的数据采集与标注局限.对此,挖掘关键时序依赖特征以及专家先验知识与故障诊断任务之间的内在关联,提出一种知识自监督深度表征学习方法以实现少样本故障诊断.该方法设计了一个掩码信号重构与先验特征预测多任务联合的模型预训练策略,利用与目标设备类似设备积累的海量历史无标签数据对工业智能故障诊断模型中的特征提取器模型进行预训练,使得模型在无需额外标注数据的前提下,提取具有专家先验知识引导的时序变化模式,从而获取高泛化故障表征能力.通过上述基于知识自监督表征的预训练方法,在诊断过程中仅需利用目标设备的少量有标签故障样本对模型的全局参数进行微调,从而克服模型对有标签样本的依赖性难题.最后,通过一个跨数据集的故障诊断实验来模拟跨设备的少样本故障诊断场景,验证所提出方法在少样本场景下的有效性.

关键词：少样本学习故障诊断自监督学习表征学习

短视频APP用户使用意愿影响因素研究 ——以“抖音”为例

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短视频APP用户使用意愿影响因素研究 ...

作者：宋鹏宇天津财经大学

学位级别：硕士

如今,已步入移动互联网时期,智能终端的普及程度越来越高,4G网络的覆盖面也越来越广,根据数据表明,中国的手机网民总数量占所有网民数量的98.6%。互联网技术以及无线网络技术的进步让我们的生活发生了翻天覆地的变化,让我们的沟通、娱... 详细信息

如今,已步入移动互联网时期,智能终端的普及程度越来越高,4G网络的覆盖面也越来越广,根据数据表明,中国的手机网民总数量占所有网民数量的98.6%。互联网技术以及无线网络技术的进步让我们的生活发生了翻天覆地的变化,让我们的沟通、娱乐方式更加丰富多彩,不用拘泥与过去单一的沟通模式,可以通过语音、视频来实现交流,更好的培养感情。目前,市面上出现了很多以短视频为基础的社交新形势,而且短视频手机软件的用户大多以年轻人为主体。网民可以利用手机软件拍摄短视频,并且能够在软件平台上上传,让更多的用户看到。不同的短视频APP长期占据了各大应用商城下载榜单的前列。因此,怎样在众多短视频APP中脱颖而出,怎样保证用户的高粘合度,是现在众多开发公司需要攻克的难题。因此,研究短视频APP用户使用意愿的影响因素,并通过定量化的方法分析各因素对用户使用意愿的影响,从而帮助APP开发人员和功能设计人员更加理解网民对APP的意见与建议,能及时对APP的功能与服务作出完善,本文的研究具有重要的理论意义和实践意义。本文在对大量文献进行梳理的基础上,以“抖音”APP为例从用户使用意愿入手,将技术采纳与使用整合理论作为研究的理论基础,结合短视频APP行业特点,构建了“抖音”APP用户使用意愿研究模型。通过问卷调查,考察对象为使用“抖音”手机软件的用户,利用得到的1024份测试问卷,通过频数分析、交叉分析了解网民的使用状态、具体需求以及用户的社会属性;利用因子分析考察网民的使用意愿的影响因素,构建二项逻辑回归模型,分析各影响因素的重要程度。研究结果显示,“抖音”APP用户追求碎片化使用时间、对娱乐性需求较高;拍摄、转发功能使用不便,用户使用频率较低;高学历的都市青年使用意愿最为强烈;用户在绩效期望、社会影响方面的感知起积极且有效的作用。依据实证研究的结果,针对性提出加强视频拍摄引导与帮助,简化视频制作流程;鼓励用户转发互动,增强社交体验;挖掘非一线城市用户群体;注入娱乐元素,升级推荐算法等建议。

关键词：短视频 APP 使用意愿二项逻辑回归

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β-Ga2O3纳米材料的生长与表征

β-Ga2O3纳米材料的生长与表征

作者：宋鹏宇厦门大学

学位级别：硕士

β-Ga203是一种超宽禁带半导体材料(禁带宽度为4.9eV),具有很好的电学性质和光学性质,其击穿电场强度和巴利加优值比GaN和SiC更大,对可见光高度透明,在场效应晶体管、紫外透明电极、高温气体传感器和日盲光电探测器等方面应用广泛。本... 详细信息

β-Ga203是一种超宽禁带半导体材料(禁带宽度为4.9eV),具有很好的电学性质和光学性质,其击穿电场强度和巴利加优值比GaN和SiC更大,对可见光高度透明,在场效应晶体管、紫外透明电极、高温气体传感器和日盲光电探测器等方面应用广泛。本文采用气-液-固(VLS)机制和气-固(VS)机制,通过热退火镀有金催化剂的GaN衬底制备出不同结构的β-Ga203纳米材料,并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、阴极荧光(CL)对样品的形貌、成分、微观结构和发光特性进行分析。讨论了实验参数(温度、催化剂、氧化时间)对热退火氧化法生长β-Ga203纳米材料形貌和结构的影响。提出了一种新的生长模式,即GaN籽晶自洽生长,利用此方法生长出了沿(-201)方向的单晶β-Ga203纳米线。本文的主要内容和研究结果包括以下几个方面:1、在高温常压条件下(1150 ℃)热退火氧化镀有8nm Pt催化剂的GaN衬底1h,在GaN衬底上制备出高密度的纳米线和纳米带,纳米线的直径为几十纳米,纳米带的宽度为上百纳米,纳米线和纳米带的长度均达到几十微米。通过XRD和TEM表征得出制备的纳米线和纳米带为单斜结构的β-Ga203,且晶体质量高,最优生长方向为(-201)面。2、分析讨论了实验参数(温度、催化剂、氧化时间)对β-Ga2O3纳米材料形貌与结构的影响。当退火温度小于1000 ℃时,几乎不能制备出β-Ga203纳米线、纳米带和纳米片等结构,这主要是因为GaN材料在1000℃以下不能快速有效地分解来提供β-Ga203纳米材料生长所需要的Ga源。当温度大于1050℃时,开始有β-Ga203纳米线、纳米带和纳米片等结构生成,且在一定范围内温度越高晶体质量越好;催化剂是热退火GaN衬底制备β-Ga203纳米结构所必须的条件。在催化剂颗粒尺寸较小时,产物主要是纳米片,是VLS机制和VS机制共同作用的结果。在催化剂颗粒尺寸较大时开始生成纳米线,在一定范围内,随着Pt颗粒尺寸的增加纳米线的直径增大;在1150℃热退火GaN衬底时,最初生成纳米线,但随着氧化时间增加,纳米线开始横向生长转化成纳米带。3、提出了一种新的模式,生长单晶(-201)β-Ga2O3纳米线,即GaN纳米晶包裹Pt颗粒自组织生长法。首先从理论上论证了新生长模式的可行性,单斜β-Ga203与六角 GaN 的外延关系为(-201)β-Ga203‖(0001)GaN,(201)β-Ga203‖(1-100)GaN,(010)β-Ga203‖(11-20)GaN,且(-201)β-Ga2O3 和(0001)GaN 晶格失配度很小。然后通过多次实验摸索出一套实验参数,利用GaN纳米晶包裹Pt颗粒自组织生长法制备出了单晶(-201)β-Ga2O3 纳米线,并用 XRD、XPS、SEM-DES、TEM 和 Raman等手段进行了证实。4、制备出不同的β-Ga203纳米结构,如锯齿状结构、孪晶结构和旗子结构,并初步研究探索了这些结构形成的原理。

关键词： β-Ga2O3纳米结构热退火氧化法 VLS和VS机制 GaN纳米晶自洽生长

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基于图像处理的运动目标检测与跟踪研究

基于图像处理的运动目标检测与跟踪研究

作者：宋鹏宇重庆交通大学

学位级别：硕士

随着理论知识的积累与技术地持续进步,科技服务人类生产生活的需求愈发的多样与复杂。作为计算机视觉核心任务的视频目标检测与跟踪已然不同程度地改变着人们的生活方式,并且也已经有大量的成功实践应用到多个领域。目标的检测与跟踪更... 详细信息

随着理论知识的积累与技术地持续进步,科技服务人类生产生活的需求愈发的多样与复杂。作为计算机视觉核心任务的视频目标检测与跟踪已然不同程度地改变着人们的生活方式,并且也已经有大量的成功实践应用到多个领域。目标的检测与跟踪更是成为备受关注的研究方向,在最近几年也出现了突破性的发展和优异成果,尤其是以卷积神经网络的算法与基于相关滤波的算法在目标的检测和跟踪任务中都展现出了良好的性能。然而由于使用场景的复杂性与多样性,诸如快速运动、尺度变换、运动模糊、目标遮挡等多种不确定因素严重影响了视觉目标检测与跟踪算法的性能。本文针对目标检测过程中小目标的遗漏以及目标跟踪过程中的遮挡、尺度变换等多种挑战进行了以下研究。(1)对部分经典目标检测方法进行了总结分类,分析了卷积神经网络的基本原理,对经典的基于区域建议和深度回归网络的检测算法进行解析。之后针对SSD算法低级特征卷积层数少,存在特征提取不充分,导致对小目标检测效果差的不足做出改进,受人类视觉机制的启发,通过加入人工设计的感受野模块来增强网络在更大区域的特征提取能力,在新模块中使用多尺度的膨胀卷积来增加感受野的范围。在结构上借鉴了Inception的思想,在保持原有轻量级的主干网上增加和替换原有网络的部分特征卷积层,通过最后在VOC数据集上的实验证明了改进算法的平均检测精度比原来的算法提高2.6%,并且基本也保持了实时速度。(2)研究了基于Mean Shift算法的确定性视觉目标跟踪算法,针对在跟踪过程中目标遇到遮挡或者运动速度较快时出现的丢失或者漂移现象,引入卡尔曼滤波器的方法来预测跟踪对象在后续帧中可能出现的位置,减少了算法迭代的次数,通过综合考虑两种算法得出目标的准确位置,结果显示相比于单一算法,改进后的算法使得跟踪的成功率有效和精确程度得到了提升。(3)在深入理解核相关滤波算法的基础之上,针对KCF算法采用单一HOG特征作为目标特征,虽说能够较好地获取目标区域的局部形状信息,不足之处是目标背景出现较多噪声时,HOG特征的描述能力变弱,其对目标特征的表示不再明显,而颜色特征对目标形变和运动模糊跟踪效果较好,提出在KCF中融合HOG特征和CN特征来提升对目标局部特征和颜色信息的表达能力。之后利用KCF获得目标的估计位置,再融合DSST算法中的尺度滤波器输出最大响应值实现目标的尺度自适应。最后通过计算机仿真对KCF、SAMF和DSST等算法做对比,证明文中所提改进后的算法较之其他几种选取的算法具有更强的鲁棒性。

关键词：目标检测与跟踪卷积神经网络核相关滤波多特征融

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紫外线消杀小车导航控制研究

紫外线消杀小车导航控制研究

作者：宋鹏宇哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

医院作为治疗和护理病人的服务机构,每天要接纳大量患者,在这样一个人流密度大且空间较为封闭的场所,很容易造成病菌的聚集,发生医院感染,因此医院的消毒杀菌工作应高度重视。尤其在新型冠状病毒肺炎疫情爆发后,各地医院包括方舱医院作... 详细信息

医院作为治疗和护理病人的服务机构,每天要接纳大量患者,在这样一个人流密度大且空间较为封闭的场所,很容易造成病菌的聚集,发生医院感染,因此医院的消毒杀菌工作应高度重视。尤其在新型冠状病毒肺炎疫情爆发后,各地医院包括方舱医院作为面对疫情的第一线,其消毒杀菌工作极为重要,为降低消杀工作劳动强度、保护医护人员,本文以方舱医院为例,设计了一款用于医院自动化消杀的紫外线消杀小车。本文重点针对紫外线消杀小车的导航控制进行研究,包括室内定位、运动控制、路径规划,使其能够满足自动化消杀的使用需求。主要的研究内容包括:根据紫外线消杀小车的基本功能要求进行总体方案设计。机械结构上,确定了由2全向驱动轮与2全向自由轮组成的十字交叉布置的底盘方案,并设计了2级升降式消杀机构;导航控制方案上,确定了激光+RFID的惯性导航方式以及红外避障与激光避障相结合的避障方案,最后对导航传感器进行选型,确定硬件结构组成。将紫外线消杀小车定位过程分为粗定位和精定位两步。基于扩展卡尔曼滤波模型融合RFID数据和里程计信息,实现紫外线消杀小车路径上的粗定位;基于栅格地图,设计蒙特卡洛定位算法融合激光雷达与里程计信息,实现紫外线消杀小车房间内精定位。根据紫外线消杀小车的运动学模型,设计基于Back-stepping控制方法的轨迹跟踪控制律,并对其添加了约束控制,提高其实用性,仿真验证了轨迹跟踪器的有效性;对消杀装置升降运动设计了S型升降速曲线,配合查表法实现对升降机构的速度控制,减少了运动过程中的冲击。基于方舱医院环境的拓扑地图,使用Dijkstra算法实现了最短路径规划;对Dijkstra算法进行改进,保存所有最短路径并按照性能指标进行筛选,实现最优路径搜索。最终搭建紫外线消杀小车样机及实验环境,进行基本运动功能测试,对开环运动进行补偿矫正;对定位算法进行测试,验证了算法的有效性;对消杀功能进行测试,消杀装置运行良好,可以满足紫外线消杀小车的消杀功能要求。

关键词：紫外线消杀小车导航控制室内定位运动控制路径规划

高速公路改扩建交通组织优化 ——以西临高速公路为例

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高速公路改扩建交通组织优化 ——以西临高速公路为例

作者：宋鹏宇长安大学

学位级别：硕士

随着我国经济的高速发展,全国各地的交通压力越来越大,在原有的基础上,对交通公路基础设施进行扩建,有助于提高运行效率,节省运输时间,是解决现阶段运输问题的一条关键途径。我国以前建设的高速公路中还有大量双向四车道公路,结合目前... 详细信息

随着我国经济的高速发展,全国各地的交通压力越来越大,在原有的基础上,对交通公路基础设施进行扩建,有助于提高运行效率,节省运输时间,是解决现阶段运输问题的一条关键途径。我国以前建设的高速公路中还有大量双向四车道公路,结合目前高速公路实际运行情况,一部分公路,其双向四车道已不能满足现如今交通需求。因此通过合理的方法,对高速公路进行改扩建,将原有高速公路扩建为多车道道路,成为现如今重要的研究项目之一。连霍线作为国家及陕西省高速公路网中一条作用突出的高速线路,其部分路段已于2011年改扩建至八车道并投入使用,但临潼至西安的四车道高速公路仍为一大技术难题成为制约连霍线在陕西省内发展的一道瓶颈,因此对该段公路的改扩建势在必行。本文根据这一实际情况,对临潼至西安四车道高速公路进行实地勘测,结合实际情况确定改扩建方案,论文通过提出两种方案并对其分别讨论优缺点,凭借这种方式确定出合理的施工方案,并针对改扩建施工区域限速问题进行具体分析,最终论文根据提出不同的两种方案给出60公里每小时和80公里每小时的施工区域限制速度,并结合实际情况确定施工区域的施工应急方案和车辆分流方案。通过构建完整的实施方案,为国内类似高速公路改扩建案例提供参考和建议。

关键词：高速公路改扩建方案施工区域限速 vissim仿真

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石墨烯基钢材防腐涂层研究

石墨烯基钢材防腐涂层研究

作者：宋鹏宇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着我国经济的快速发展“一带一路”战略的实施,大规模基础设施已在酝酿、建设和运营,确保工程结构服役安全势必成为影响国民经济健康快速发展的重要课题。钢结构和钢筋混凝土结构是土木工程领域中重要的结构形式,腐蚀是造成结构材料... 详细信息

随着我国经济的快速发展“一带一路”战略的实施,大规模基础设施已在酝酿、建设和运营,确保工程结构服役安全势必成为影响国民经济健康快速发展的重要课题。钢结构和钢筋混凝土结构是土木工程领域中重要的结构形式,腐蚀是造成结构材料耐久性损伤的主要原因之一,同时造成了巨大的经济损失和人员伤亡事故的发生,因此研究具有高耐蚀性的钢材防腐涂层显得尤为迫切。石墨烯是近年发展而来的新型二维平面材料,具有很强的穿透阻隔能力,能够隔绝氧气、水分子、以及更小的潜在腐蚀介质。基于此,本文针对易发生锈蚀的钢板、钢筋等建筑材料,开展了石墨烯基钢材防腐涂层研究,建立了石墨烯基防腐涂层体系,解决界面粘结问题,并在此基础上得到了新型石墨烯基工艺涂层。以水下固化环氧树脂、硅烷偶联剂、水性石墨烯、油性石墨烯等作为材料,在钢材表面制备了相应的复合耐腐蚀涂层。通过塔菲尔曲线、扫描电镜、盐雾试验、刻划试验等表征手段,测定其腐蚀速率、微观形貌、抵抗盐雾能力、与钢材表面结合力等性能,发现该复合涂层抵抗盐雾腐蚀时长超过10小时,涂层表面碳元素覆盖率高于90%,涂层刻划评价等级为5B级。研究发现通过增加该复合涂层的总体厚度能增加涂层耐蚀性能,此外,对表面使用了NaOH、KOH等强碱性溶液处理后的钢板,再进行涂覆复合涂层,能够进一步增加涂层的耐腐蚀性。以硅烷偶联剂、水性石墨烯为原料,制备了钢筋表面硅烷偶联剂-水性石墨烯复合耐蚀涂层。证明了在含有氯离子的侵蚀介质中,涂覆了该复合涂层的钢筋混凝土构件中钢筋表面涂层并未破损;同时,通过对钢筋混凝土构件进行中心拉拔试验,发现其对钢筋之间的粘结性能影响相对较小,涂覆有该涂层构件的粘结强度降低程度小于10%。

关键词：石墨烯硅烷偶联剂涂层涂覆工艺

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TCF4在病理性瘢痕中的表达及意义

TCF4在病理性瘢痕中的表达及意义

作者：宋鹏宇重庆医科大学

学位级别：硕士

目的：通过检测病理性瘢痕组织中T细胞因子4（TCF4）和转化生长因子（TGF-β）的表达并探讨TCF4在病理性瘢痕中的作用机制。方法：将收集到的临床标本分为三组,A组为正常皮肤,B组为增生性瘢痕,C组为瘢痕疙瘩;以正常皮肤为对照组,采... 详细信息

目的：通过检测病理性瘢痕组织中T细胞因子4（TCF4）和转化生长因子（TGF-β）的表达并探讨TCF4在病理性瘢痕中的作用机制。方法：将收集到的临床标本分为三组,A组为正常皮肤,B组为增生性瘢痕,C组为瘢痕疙瘩;以正常皮肤为对照组,采用免疫组织化学检测各组中TCF4及TGF-β蛋白的表达水平、采用逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）检测TCF4mRNA的表达水平、采用Western Blot方法检测TCF4蛋白的表达情况。结果：TCF4免疫组织化学,在B组和C组中表达为强阳性,在A组中表达为弱阳性,B组、C组与A组相比较差异具有统计学意义（P＜0.01）;TGF-β免疫组织化学,在B组和C组中表达为阳性,在A组中表达为阴性,B组、C组与A组相比较差异具有统计学意义（P＜0.05）。增生性瘢痕组及瘢痕疙瘩组的TCF4的mRNA表达水平高于对照组。TCF4的mRNA表达水平B组为（0.4910±0.0472）,C组为（0.7595±0.0366）,较对照组A组（0.2550±0.051）上调（P＜0.05）;而C组较B组上调（P＜O.05）。增生性瘢痕组及瘢痕疙瘩组的TCF4的蛋白表达水平C组为（0.6780±0.0307）,B组（0.3865±0.0412）,较对照组A组（0.1835±0.0192）明显上调（P＜0.05）。结论：表达异常增高的TCF4,可能通过调节TGF-β刺激成纤维细胞增殖,而参与促进病理性瘢痕增生。

关键词： TCF4 TGF-β 病理性瘢痕

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行政规范性文件司法审查标准研究

行政规范性文件司法审查标准研究

作者：宋鹏宇安徽大学

学位级别：硕士

行政规范性文件在有效管理行政事务方面发挥了不可替代的作用,但由于国家法律体系的不完善和行政机关法治观念的欠缺,行政规范性文件也暴露出了诸多问题。例如一是,文件规定的行政目的与上位法的基本原则相违背。二是,行政手段给行政相... 详细信息

行政规范性文件在有效管理行政事务方面发挥了不可替代的作用,但由于国家法律体系的不完善和行政机关法治观念的欠缺,行政规范性文件也暴露出了诸多问题。例如一是,文件规定的行政目的与上位法的基本原则相违背。二是,行政手段给行政相对人造成的损失远大于行政目的的实现所能够带来的收益。三是,文件虽然内容上符合法律的规定,但由于制定过程中遗漏了某项重要环节而造成实质上不合法等问题。行政诉讼法及司法解释为解决这些问题规定了附带审查制度,法院被赋予了审查规范性文件的权力。但从司法实践的效果来看,该制度并没有起到良好的效果,法院在审查时所采用的标准基本是2018年《行政诉讼法解释》第148条所列举的五种情形,而且仅作形式合法上的审查。法律的基本原则、手段与目的合乎比例以及正当程序都是实质合法的基本要求,审查是否实质上合法是在形式合法的基础上,将具有宏观指导作用的法的基本原则与精神纳入到对行政规范性文件的考量当中,对行政规范性文件是否存在“正当”、“合理”问题进行拷问。而且从《立法法》、《监督法》中也能找出审查法律法规、规章以及行政规范性文件是否“适当”的法律依据,因此在司法实践中有必要引入实质合法性审查标准。本文首先从司法权应当对行政权实行有效监督的角度介绍了研究行政规范性文件附带审查标准的意义。在第一章对司法审查制度作出了介绍,从国务院的规定中对行政规范性文件作出了界定:是行政机关制定的抽象行政行为,且种类繁多,对行政机关与相对人具有约束力,但存在违法减损权利或增设义务以及缺乏监督等问题。接着审视了我国司法审查的特点,譬如提请审查需以存在具体的行政争议为前提、审查标准单一、审判结果无法形成普遍约束力等。第二章对司法审查标准的理论进行了分析,首先对司法审查标准作出了定义:“是法院在审查实践中,通过科学合理的总结,并经过反复的协调与确认无异议后,得出的具有普遍约束力且能够被反复适用的审查经验。”并以结合案例的方式,列举了审判实践中法院普遍采用的三种审查标准。通过分析这三种标准,找出了当前司法审查存在问题:一是,对程序审查不够严格。二是,对文件内容的审查没有明确标准。所以第二章是以解决问题为导向,为进一步引入实质合法性审查标准做好铺垫。第三章根据上述审查标准存在的问题提出了实质合法性审查标准存在的必要性实质合法有利于实现行政法治,扩展审查的内涵,且该标准不仅已在司法实践中被法官采用,而且通过对其他的法律规定进行解读后也找出了支撑实质合法性审查的法理依据。实质合法性审查标准可以有效约束自由裁量权,实质化解行政争议并弥补了单一合法性审查标准的不足。本文第四章是在总结前文的基础上,提出了实质合法性的判断标准:一是,审查行政机关对不确定法律概念的解释是否符合上位法的立法原则与目的,并利用该标准对现实中发生的案例进行了分析。二是,行政目的与手段之间是否符合比例原则的要求。三是,制定程序是否符合正当程序原则。

关键词：行政规范性文件审查标准实质合法