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对了,我就是地球。
在银河系中,我是太阳的第三个儿子,是充满生命与水的蓝色星球,是万物生存的摇篮。我浑身充满了活力,有风雨,有霜雪,有时我想舒展舒展筋骨,还会导致台风、火山爆发、地震等等。而且我还是太阳的卫兵,终年守护着太阳,使地球上有了四季交换的现象。
我养育了人类的祖先——猿人,他们智慧丰富,是我对他们的希望。但是,人类给我增添了许多苦恼和忧虑。
我的头发——树木,被人类一个劲地砍伐,而不注重栽培,使树木越来越少,我真担心会变成秃驴。这时沙尘机而入,吞没粮田和城市,这是多么可怕的景象。
我的血液——水,是人类的生命之源,可是有人却不爱惜。把工业废水排到河里,使我得了一系列的疾病,导致生态不平衡。
我的呼吸——大气,被工厂的烟囱冒出的滚滚黑烟,生产出来的缕缕废气,严重地污染了,使我呼吸道患疾。脾气温和的我尽管无所谓,但我那太阳老爸可是火暴脾气,看到我这样,他会出手。他那两位得力助手——紫外线和红外线,无孔不穿,对动植物有极大的威协。
什么是科教电影
科教电影是运用电影的艺术和技术手段来表现其科技内容。
科教电影的表现力十分丰富,由于影片用于进行科技知识传播,因而要求镜头严谨,画面构图形象逼真,又要用电影技术手段真实反映自然界变化和表现其科技规律。所以,科教电影采用大量特殊技巧摄影,如逐格、显微等拍摄手段,在二维画面中压缩时间和空间,拍出细胞裂变、细菌生成、植物和生物的生长过程,还可以表现时空光影及气候影响天空下云层变化等世间无穷的变化。这些技巧摄影不但能将这些过程真实、完整地拍摄下来,而且通过各种镜头的运用,增加了视觉震撼力,产生意想不到的效果,丰富了科教电影的内容。
数字技术流程提升画质
传统科教电影的制作方式从前期拍摄到后期制作及发行放映,全部是使用电影胶片制作完成的,形成了一整套相应的生产模式和与之配套的工作流程。电影胶片的前期拍摄是用各种类型的未曝光负片,经曝光后生成影像,拍摄的效果只有冲洗完负片后才能知道,无疑加大拍摄风险。往往完成一个电影镜头,需要拍摄多次。而电影胶片属感光材料,又不能重复使用,这必然增加拍摄成本。在传统后期制作过程中(以35mm胶片为参考):从拍摄负片原底到完成影片拷贝需要经过三次印片机的光学复制,由于光学印制时散射效应,复制过程会造成画面分辨率的损失和衰减。35mm原底图像素材的分辨率可以达到4K左右,经过第一次印成翻正中间片分辨率已降低到2K,再次复制得到翻底中间片分辨率为1.6K,而用翻底制作的发行放映拷贝分辨率只有1.2K了。(参见图1)所以相对于现代的电影数字技术,传统的电影胶片制作工艺,对画面质量会有一定的影响。
随着电影数字技术的不断完善,数字中间片改变了传统的后期制作方式。现代数字工作站把传统制作中的胶片画面素材、声画合成、动画合成全部进行数据采集转换,并以数据的方式进行制作。经过调色、配光、编剪制成数字中间片,由数字中间片制作数字拷贝和胶片拷贝,由于数字制作是以数字文件格式相互传递,不会产生分辨率和图像质量的损失,发行放映拷贝分辨率可达到1.6K-2K,大大提高影片图像质量(图2)。
三种影像拍摄技术的比较
由于电影数字技术的发展,不但带来了后期制作工艺的改变,还给我们增加了前期拍摄方式的选择。所以在我厂荣获电影金鸡奖的重点科普影片《变暖的地球》拍摄中,我们既使用电影胶片,同时又使用高清数字摄影机HDW-F900R和数码单反相机佳能 EOS 5D Mark II,使影片的画面质量取得了很好的效果。
现将三种拍摄方式相互比较
图像感应器
现代数字摄像机和数码单反相机使用最多的感应器是CCD和CMOS,这是数码单反相机和高清数字摄像机成像的核心元件。图像感应器相当于摄影机和胶片照相机底片画幅,尺寸越大,有效像素就越高,接收捕捉的光信号就越多,图像的色彩和层次就会更丰富。大尺寸图像感应器带来更大的宽容度和动态范围,使亮部和暗部都会保留更丰富的层次。
现代数字摄像机和数码单反相机使用最多的感应器是CCD和CMOS,这是数码单反相机和高清数字摄像机成像的核心元件。图像感应器相当于摄影机和胶片照相机底片画幅,尺寸越大,有效像素就越高,接收捕捉的光信号就越多,图像的色彩和层次就会更丰富。大尺寸图像感应器带来更大的宽容度和动态范围,使亮部和暗部都会保留更丰富的层次。
2 佳能EOS 5D Mark II数码单反相机采用全画幅CMOS图像感应器,其成像器尺寸36×24mm,画幅面积是电影超35mm负片画幅面积的2倍。单张照片能达到2000万像素,其高清视频图像也达到200多万像素。
图像记录格式
佳能 EOS 5D Mark II数码单反相机:采用CF高速卡记录图片和视频图像信息,其图片采用RAW无压缩图像文件数据记录格式或JPEG有限压缩图像文件数据记录格式。每张图片根据画质有不同设置,而其高清视频可拍摄分辨率1920×1080的影片,记录格式是采用了H.264的压缩方式。由于记录码流低,在记录高清视频信号时,对CF卡记录速度要求较高(30Mb/S)以上,如果速度低会造成画面拖尾和丢帧现象。
高清数字摄影机F900R:采用的是码率144Mbps的HDCAM磁带记录,而且用了与电视摄像机相同的伽玛。电视伽玛可以在电视上看到正常对比度和彩色的图像,适合电视的直播和制作。不过电视伽玛分配给高电平的资源比较少,对画面中高亮度部分的灰度层次有所损失。
电影胶片底片拍摄完成后,经冲洗形成电影负片,扫描成2K/10比特DPX文件,进行后期制作。
分辨率
佳能EOS 5D Markll数码单反相机的单张图片分辩率最高达到4k-5k(5616×3744),像素能达到2000万。而其高清视频分辨率理论上可达2K(1926×1080),但只有200多万像素。这是因为照片和视频的各自记录格式不同,照片采用RAW或JPEG记录格式,而视频是采用H.264的频间压缩格式。电影35mm原始底片分辨率可达4k,1000多万像素(忽略镜头分辨率)。索尼HDW-F900R视频垂直分辨率是1080线,物理分辨率高达19206×1080,像素660万。所以从理论和我们实际使用中,5D MarkⅡ单反相机图片分辨率超过胶片35mm底片的分辨率,而其视频的分辨率和F900R视频分辨率还达不到胶片底片分辨率。
色彩还原
色域表示能够再现色彩的范围。色域越大,还原的色彩越接近自然界的真实色彩。因此,色域范围大小对图像质量的影响表现在画面色彩还原的真实程度。采用RGB三基色再现彩色时,三个基色坐标组成的三角形就是这三种基色所定义的色域,其用彩色标出的马蹄形色度三角就是人眼能看到的色域。图3是用CIE色度图表示的彩色负片色域。
索尼HDW-F900R高清数字摄影机的色域范围比电影负片色域范围小,它只能支持高清电视色域。
佳能EOS 5D Mark II单反相机的色域范围比电影负片色域范围大,色彩更加艳丽。
宽容度
电影拍摄常用的彩色负片,以色温划分,可分为日光型如5246(ISO250D)和灯光型5213(ISO200T);以感光度划分,可分为低感光度5201(ISO50D)和高感光度5218(ISO500T)。其感光性能虽有差别,但都以表现18%灰阶的正常曝光,为光圈级数中心点0或N。每增加或减少1挡光圈,曝光量增加1倍,也就是增加了原值的2倍。图4是彩色负片的感光性能示意图。从图中可以看到,其带斜率的R/G/B三条曲线直线部分就是彩色负片的宽容度。现代彩色负片宽容度大约为11-12挡光圈,要使数字摄影机的宽容度达到胶片水平,至少要有10挡光圈的宽容度,更高的标准则是12-13挡光圈的宽容度。
对于索尼HDW-F900R数字摄影机和佳能EOS 5D Mark II数码单反相机,厂方给出技术指标宽容度都是10挡光圈,是能够达到胶片的宽容度水平。
《变暖的地球》的拍摄应用
关键词:数字地球 测绘科技 发展
引言:1993年和1994年美国先后以总统令的形式提出建立“国家信息基础设施”(NII),即通称的信息高速公路,以及“国家空间数据基础设施”(NSDI),这是进一步推进社会信息化,抢占信息产业发展新的制高点和主动权的重大战略步骤,时隔5年,这一计划的实施初见成效,刺激了美国的经济增长,于是去年又以美国副总统演讲形式推出数字地球的概念和构想,并计划到2020年试图达到地球信息化的最终目标,亮出了美国这一近期全球信息战略的底牌。由美国政府高层出面提出的这一“数字地球”构想引起全球各方关注,并成为学术界热点话题。中国学者尤其在地学界也做出了积极的反应,不论从科学技术的角度还是从国家利益的角度,中国要准备迎接这一严峻挑战,已成共识。作为测绘学科,测绘行业反应更显强烈,数字地球概念为测绘事业发展提供了新的机遇和更高层次的发展前景。这里我们想就现代测绘学的发展从学科的观点稍为具体地探讨一下它与数字地球的关系和在构建数字地球中的作用。
一、测绘学的现展
空间技术,各类对地观测卫星使人类有了对地球整体进行观察和测绘的工具,好像可以把地球摆在实验室进行观察研究一样方便。由空间技术和其他相关技术,如由计算机、信息、通讯等技术发展起来的3S技术(GPS,RS,GIS)在测绘学中的不断出现和应用,使测绘学从理论到手段都发生了根本的变化。测绘生产任务也由传统的纸上或类似介质的地图编制、生产和更新发展到地理空间数据的采集、处理和管理。GPS的出现革新了传统的定位方式;传统的摄影测量数据采集技术已由遥感卫星或数字摄影获得的影像所代替,测绘人员在室内借助高速高容量计算机和专用配套设备对遥感影像或信号记录数据进行地表(甚至地壳浅层)几何和物理信息的提取和变换,得出数字化地理信息产品,由此制作各类可供社会使用的专用地图等测绘产品。我国960万平方公里国土的国家基本地图的成图或更新周期可望从十几年,几十年缩短到几年或更短,测绘业的体力劳动得到解放,生产力得到大的提高。
今天,光缆通讯、卫星通讯、数字化多媒体网络技术可使测绘产品从单一纸质信息转变为磁盘和光盘等电子信息,产品分发可从单一邮路转到“电路”(数字通讯和计算机网络传真),测绘产品的形式和服务社会的方式由于信息技术的支持发生了很大变化,实现了信息化的发展。
当前,随着我国经济的高速发展和经济所有制成份和运行体制的改革,需要开放民用国家测绘产品;从技术方面看,西方国家卫星测地技术可制作全球几乎任一地区1m分辨率(相当1∶1万比例尺)的地图,卫星上的GPS又可将这种地图纳入全球参考框架和转换为他们的国家坐标系,中、小比例尺国家地图的保密价值已大大降低;对于军事敏感的重力数据,卫星重力技术所发展的低阶全球重力场模型已足够用于他们的远程战略导弹发射。目前全球高阶重力场模型(如EGM96)分辨率已达50km,已接近我国现有重力数据的分辨率,其保密价值也需要重新评估。这一形势使绝大部份测绘产品可以作为普通商品服务于全社会,测绘业从单一国家事业逐渐转变为社会主义市场经济的产业,这无疑为测绘学的发展注入了新的活力和扩大了发展空间,这也是一个有重要意义的历史性转变。
综上所述,由于以空间技术、计算机技术、通讯技术和信息技术为支柱的测绘高新技术日新月异的迅猛发展,测绘学的理论基础、测绘工程的技术体系、其研究领域和学科目标,正在适应新形势的需要发生着深刻的变化,表现为正在以高新技术为支撑和动力,进入市场竞争求发展,测绘业已成为一项重要的信息产业。它的服务范围和对象也在不断扩大,不仅是原来的单纯从控制到测图,为国家制作基本地形图的任务,而是扩大到国民经济和国防建设中与空间数据有关的各个领域。它必将随着21世纪更加成熟的信息化社会的到来向更高层次发展,在未来数字地球的概念和技术框架中占据重要的基础性地位。
二、数字地球和现代测绘学
地球上一切事件都发生在一定的空间位置,人类社会经济活动所需要的信息绝大部分(约80%)都与地理位置相关。中国21世纪议程62个优先发展项目中,约有40个需要建立或应用地理信息系统。数字地球是利用海量地理信息(即地球空间数据)对地球所做的多分辨率、3维数字化描述的整体信息模型,便于人类最大限度地实现信息资源的共享和合理使用,为人类认识、改造和保护地球提供一种新的手段,这里在数字地球的概念中突出显示了地理坐标的框架作用,因此NSDI是数字地球的基础设施,要求提供(地球)空间数据框架,包括大地测量控制框架(国家定位网和重力控制网)、数字正射影像、数字高程模型、道路、水系、行政境界、公共地籍等基础地理数据集。在此框架上加载各类地球自然信息和人类社会经济活动等一切所需要和感兴趣的人文信息。为数字地球提供上述地球空间数据框架是测绘业本身的“专职”,但又对测绘学提出了更高层的技术要求。
NSDI要建立在NII上,要在因特网上运行,要求开发功能强、效率高的因特网GIS软件。这表明还要大力发展测绘产品的计算机网络技术,它的技术基础是宽带、高速图形图像网络,当然其中宽带高速问题需要国家投资在NII中解决。数字地球构想的另一个高技术特点是虚拟现实模型。目前发展起来的全数字化摄影测量就能够利用功能强大的计算机系统或工作站,对数字化影像进行处理,建立立体地形或地物虚拟模型。但如何将这一技术用在因特网上对多种测绘产品和普通用户提供虚似模型甚或虚拟现实模型,则是要进一步研究和发展的。数字地球是对真实地球及其相关现象的多分辨率、统一性的3维数字化整体表达,这里强调了统一性和整体性,要求全球多源数据无缝无边的连接和整合。从空间数据框架来说,其统一性和整体性是由大地测量来实现和给予保证的。大地测量是传统测绘的基础,对当前信息化测绘和构建未来数字地球更是基础的基础,即空间数据框架的框架。它要求全球采用统一的参考椭球模型和相应的地心坐标参考框架(如ITRF);全球统一的高程基准,即统一定义和使用的大地水准面;全球统一的重力测量基准(重力基本网);全球统一的地图投影系统。一切原有的测绘成果,特别是国家基本地图都要转换到上述全球统一的参考系中。数字地球对全球大地测量提出了更高更紧迫的要求。GPS配以少量SLR和VLBI站是各国保持和维护各自的地心参考框架的基本技术,但局部坐标到全球坐标的转换目前还难于达到优于米级的精度;全球高程系统的统一问题,大地测量学家经过几十年的研究,目前还是一个未能解决的难题,最终要通过全球重力数据,特别是新一代卫星重力计划和卫星海洋测高计划在国际大地测量协会的统筹和协调下实现。
海洋占全球面积的70%,海洋将是21世纪资源开发的主要竞争空间,海洋动力环境的变化(如厄尔尼诺现象)又是决定全球气候变化的主要控制“阀门”。数字地球向海洋测绘提出了挑战。从全球来说,目前海洋的精细测绘基本上还是空白,多波束测深技术的发展加速了各国领海海底地形的测绘,但要将陆地坐标参考框架以相近的精度扩展到海洋仍存在困难,海上GPS定位精度还低于5m;由于陆地高程基准不能用水准测量传递到海洋,在卫星测高技术的支持下用某种去掉潮汐影响的平均海面作深度基准,精度可达米级,和多波束测深精度相当。但广大的开阔深海的海底地形测绘不可能用船载测深仪完成,用卫星测高结合重力数据(低阶或中阶重力场模型)反演海底地形,目前试验精度可达10~100m。数字地球将要求海洋测绘技术有新的突破。
测绘学由于其技术的突破已日益向相关地学领域渗透。大地测量更成为研究地球动力学(包括海洋动力甚至大气动力)的重要技术手段,GPS监测已能提供全球板块运动和地壳形变精密数据,可用于研究地学灾害(地震、滑坡和火山爆发等)的预测;GPS已可以和VLBI相近精度和频谱分辨率监测地球自转的变化,由此研究地球深部结构和动力过程及全球变化;专题GIS也成为环境灾害问题分析预测工具。数字地球最重要的功能之一是为解决21世纪人类面临的环境和灾害问题提供一个可供观察、分析、模拟和预测的全球信息系统,以期协调人与自然的关系。
我们赞成活数字地球或动态数字地球的提法,因为人类是生活在不断运动变化的地球上。现在在全球性的观测中,各种对地观测新技术已可能连续快速获取地球表面(或浅层)随时间变化的几何和物理信息,了解地球上各种现象及其变化。因此测绘学或者说测绘业则应当利用3S技术结合合成孔经雷达干涉技术(INSAR)以及其他新技术(如卫星重力探测技术等)对地进行观测,为构建活数字地球提供描述地球动态变化的地理信息产品。
数字地球构想是推动人类大踏步跨进信息社会重大战略步骤,有挑战也有风险。测绘是数字地球的基础,测绘工作者也将是构造数字地球的“尖兵”,也要求测绘学有新的发展和突破。
三、测绘学和地球空间信息学
在本文第一部分已谈及测绘学在新的技术进步推动下的现展趋势。从现代信息论的观点看,测绘学本质上就是一门关于地球空间信息的学科,传统的测绘受地面测量技术、时空尺度和精度水平以及投入的局限,其产品主要是单一的地形图和在地形图基础上编绘的专用地图。它不能反映、至少不能及时反映地球表面形态的变化,特别是大范围和全球变化。其产品制作周期长,已不能满足地区经济和全球经济高速发展的多种需要。信息技术加快了人类社会的运行速度。测绘学应该是提供人类生存空间自然环境及其变化信息的学科,它的学科内涵发生了巨大的变化,因此如何界定测绘学的含义,已是世界各国测绘工作者所关注的问题。于是从90年代开始,国际上将测绘学(Surveying and Mapping)更改为一个新词,以准确反映学科实质,Geomatics一词由此应运而生。随后,有关Geomatics的提法在我国学术界,主要是地学界成为热门话题,由于对其含义理解不同,其中文译名也是五花八门,现在将它译成“地球空间信息学”,已基本得到认同。不管人们对Geomatics的含义如何理解,但根据ISO的标准定义和国际测绘联合会(IUSM)对“测绘学”的定义,两者的含义是基本类同的,只不过Geomatics所涉及的地球空间信息的范围更宽一些。Geomatics更准确地描述了测绘学在现代信息——通讯社会中的地位和作用,适应了现代社会对地球空间信息的极大需求的特点,因而发展和提高了测绘学的研究和工作领域,符合现代测绘学发展的实际。现代测绘工程的核心技术是空间技术,包括GPS、卫星遥感和航测,测绘的范围扩展到整个近地空间,例如近地空间航天器的导航定位,近地空间重力场的测定,大气层甚至电离层的信息;其支撑技术是信息技术,主要处理电磁波信息和影像信息,加之通讯、计算机网络等信息技术,使地球空间信息学科的理论和技术体系比传统的测绘学有了很大的发展和更新,由此,Geomatics适合于纳入数字地球的理论和技术框架。
随着数字地球构想的实施,测绘学面临一个历史性的发展新机遇,传统的或现代测绘学将以地球空间信息学的新面目立于地球科学分支学科之林,以更强的活力向前发展,前景良好。
四、建议
本文漫谈了测绘学的发展及其与数字地球构想的关系。为在21世纪加速建设我国空间数据基础设施,发展我国的测绘学科和测绘事业,以迎接“数字地球”的挑战,根据我国目前测绘事业发展的现状,从一个侧面(主要是大地测量方面)提出以下建议:
1.尽快统一我国大地定位参考框架的建设,对近年来由各个部门独立建立的各等级GPS定位网进行必要的联测和统一整体平差,此举可望进一步加强国家级的大地定位框架。
2.将沿海各部门100多个验潮站统一组织GPS联测,精密确定各验潮站水位标尺零点的大地高,填补陆海相接地带重力测量空白。此举为统一陆海大地水准面,建立海洋高程基准,研究海平面变化至关重要。
3.研究将陆地GPS定位框架向我国领海扩展的方案,着手建立我国包括海域的广域差分GPS定位系统。
4.尽快完成重建我国重力基本网,发展航空重力测量系统,加密西部地区重力测量和GPS水准,加大力度支持对卫星测高数据的利用,为下世纪确定我国亚分米级或厘米级大地水准面作好数据储备,建立可在因特网上运行的新的重力数据库。
我们生活在地球上,地球是唯一能让我们生存的地方。但是,由于人类的无度索取,地球的生态环境越来越恶劣。
大江大河被污染,太湖绿藻暴发,沿海赤潮频发;水土流失,土地沙漠化、石漠化;大气污染、地球变暖,海平面逐年升高,沿海城市四面楚歌;极端气象灾害频发;北方城市、乡村严重缺水;生物多样性受到损害,许多动、植物品种灭绝。这就是我们今天必须面对的环境。
为了扼止环境的进一步恶化,我倡议全国的中小学生们参与到以下活动中来:
1、积极参加植树活动,在每年3月12日植树节前后,动员父母一起去栽一棵树,并力争让它存活。
2、节约自然资源,减少一次性物品的使用,控制白色污染。
3、节电节水,夏季空调温度设定不低于26度。
4、遵循垃圾分类规则,将垃圾分类放置。
5、积极参与爱鸟护鸟和保护野生动物活动。-
关键词:数字地球平台 可视化算法 可视化技术
中图分类号:F224 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2013)11-0054-03
1 数字地球与数字地球平台
数字地球是一个无缝的覆盖全球的地球信息模型。把分散的信息按照地理坐标组织起来,既能体现出地球上各种信息的内在有机联系,又便于按照地理坐标进行检索和利用。数字地球是信息化的地球,它包括全部地球资料的数字化、网络化、智能化和可视化的过程。其核心思想是利用数字化手段整体性地解决地球问题,并最大限度地利用信息资源。数字地球从数字化、数据建模、系统仿真、决策支持一直到虚拟现实,是一个开放的复杂的巨大系统,是一个全球综合信息的数据系统工程。数字地球的特点是空间性、数字性和整体性,它有自己的理论体系、技术体系、应用体系、工程体系[1]。
以Google Earth和World Wind为代表的数字地球平台(Digital Earth Platform),是一个集地球空间数据采集、存储、传输、转换、处理、分析、检索、表达、输出为一体的服务和决策支持系统。数字地球平台以多分辨率空间影像数据为基础,以统一的坐标投影系统为框架,以开放的XML为数据交换标准,以空间数据为支撑,以三维可视化技术为手段,以分布式网络为纽带,为建立基于空间信息的各类应用提供有力的工具[2]。
2 基于数字地球平台的数据管理
2.1 数字地球平台的选择
数字地球平台一般均采用金字塔层级结构对影像和数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)进行分级分块。金字塔是一种多分辨率层次模型,从金字塔的底层到顶层,其分辨率越来越低,对应的层级数据量也越来越小。在地形场景的绘制时在保证显示精度的前提下为提高渲染速度,不同的场景区域需要不同分辨率的数据。金字塔层级结构的建立为减少数据访问量、提高系统的效率及性能提供了技术上的保障。随着影像和DEM数据量越来越大,为提高实时缩放和渲染的速度,快速获取不同分辨率下的数据,往往对原始的影像和DEM建立其金字塔层级结构。在构建地形金字塔的层级结构时,首先把原始的地形数据作为金字塔的底层,即第0层,并对其进行分块,形成第0层的层级块矩阵。在第0层的基础上按每2×2个像素合成一个像素的方法生成第一层,并对其进行分块,形成第1层的层级块矩阵。依次按照此种方法构建整个层级的金字塔,结构如图1所示。
由于四叉树结构的生成和维护相对比较简单,且当空间数据对象分布比较均匀时,基于四叉树的空间索引可以获得比较高的空间数据插入和查询效率,因此其成为空间数据库中常用的索引之一。在生成空间四叉树索引结构时需要确定工作区域的边框坐标,即空间四叉树的根节点。空间对象插入空间数据库时如果某一节点中的空间对象达到某一阈值,则需将当前节点分解成2d个子节点(其中d为空间的维数)以使每个节点中包含的空间对象数小于给定的阈值。金字塔层级结构和线性四叉树索引方式相结合的数据组织管理方式保证了海量地形数据实时可视化,如图2所示。
World Wind是一款采用了先进的流传输技术的可视化三维数字地球浏览器,主要面向科学研究工作者,软件用C#编写,调用微软SQL Server数据库Terrain Server实现地形三维的显示;同时,World Wind也是一个开放的软件,提供了开放的地理信息框架,允许用户修改World Wind本身的代码,在此基础上进行二次开发。基于开放性的考虑,本系统选择World Wind作为数字地球的开发的基础平台。数字地球平台的运行界面如下图3所示。
2.2 基于数字地球平台的数据管理
电磁法勘探是根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质和电化学特性的差异,通过对人工或天然电场、电磁场或电化学场的空间分布规律和时间特性的观测和研究,寻找不同类型有用矿床和解决地址问题的地球物理勘探方法。电磁法勘探法用于寻找金属、非金属矿床、勘查地下水资源和能源,解决某些工程地质及深部地质问题。电磁法勘探过程中的装置示意图如下图4所示。
由上图4可见,测试完毕后,每个测点对应得到一组一维的测试数据,一条测线的测量数据可显示为二维图形,一个测区的数据可以生成三维图形。
系统采用的数据管理策略为数据文件与KML(keyhole markup language,keyhole标记语言)文件相结合的方式。KML是一种采用扩展标记语言(XML)语法与格式的语言,KML使用包含名称、属性的标签来确定显示方式,数字地球平台对于KML文件的解析就是通过解析这些标签得来的。因此,系统将诸如点坐标、经纬度及高度等属性信息写入KML文件;而二进制格式的数据文件保存的则是详细测量信息,二者通过经纬度坐标信息、测点名称等属性可一一对应起来。
2.3 基于数字地球平台的测点信息管理
可见,作为空间信息支持下的GIS系统,数字地球平台可以有效地组织和显示地理信息数据,在此基础上进行测区选择与测线部署优化,能够监控野外勘探施工质量。
3 基于数字地球平台的数据可视化
现有的三维可视化软件开发包种类较多,支持的语言包括C++,Java,IDL脚本语言等,支持的开发环境比较齐全。OpenGL是较多采用的图形库,但它的函数功能复杂多样,对于图形的投影、颜色、纹理、光照等方面的设置繁琐、编码量大,不易短时间内掌握。Open Inventor是一个建立在OpenGL 基础上的对象库,开发人员可以任意使用、修改和扩展对象库。Open Inventor由一系列的对象模块组成,通过利用这些对象模块,开发人员可以花费最小的编程代价,开发出能充分利用强大的图形硬件特性的程序。
在Windows环境下,以.NET为开发平台,采用Open Inventor进行三维地质数据的可视化处理可以大大简化开发的过程,而且开发者无需过多关注图形的优化显示,就可以得到极为逼真的图形显示效果。
克里金内插法:为了更好地发挥Open Inventor的各项图形模块功能,前期对数据的处理非常重要,需要将离散、不规则的数据插值处理成规则的网格数据。运用图形仿真方法,插值的过程就是建立所研究变量完整的数学模型的过程。数据场可视化常用的插值方法一般有距离加权反比法,多项式最小二乘法等。在地质统计学中克里金插值方法获得了广泛的应用[3],从统计意义上来说,是从变量相关性和变异性出发,在有限区域内对区域化变量的取值进行无偏、最优估计的一种方法;从插值角度讲是对空间分布的数据求线性最优、无偏内插估计的一种方法,本文采用了普通克里金(Kriging)插值方法进行数据的预处理。
4 结语
数字地球平台以高分辨卫星影像为基础,利用无缝拼接技术使影像连续,采用高精度DEM正射校正使其空间位置准确,在此平台上不仅可以显示地形的构造信息,还能够实现油气勘探信息的集成化、可视化综合管理与应用。可见,作为空间信息支持的GIS系统,数字地球平台是地球科学研究重要组成部分和重要依托,可以有效地组织、显示数据。可视化数据的前期处理非常重要,还需要不断研究寻找速度快、误差小、复杂度低且适合地质数据特点的插值算法。
参考文献
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[2]苗放,叶成名刘瑞,孔祥生,李康荣,徐松浦,张远红,新一代数字地球平台与“数字中国”技术体系架构探讨.2007,11(32):157-158.
[3]丁光华,刘嘉勇,孙克强.基于XML的信息隐藏方法[J].计算机工程,2008,34(6):155-157.
[4]刘瑞,苗放,叶成名.基于数字地球平台的油气工程技术应用[J].成都理工大学学报(自然科学版),2009.
【关键词】羽毛球双打;第30届奥运会;技术分析
羽毛球具有球体小、速度快、变化多等特点,是一项老少皆宜为群众所喜爱的运动项目。我国羽毛球运动起步晚、起点低。20世纪60年代左右一些海外的羽毛球坛的名将回归,带回来的先进技术,使我国羽毛球运动跃入了鼎盛时期。1985年羽毛球被列为奥林匹克运动会的正式比赛项目,而当时我国的羽毛球技术水平却没有相应的提高,只有李永波/田秉义组合在奥运会上取得过双打的铜牌。在通过一系列的技术改革后,90年代后期,我国的羽毛球技术取得了相应的突破,局面又开始好转,特别是男子双打项目,取得了较大的突破。其中以蔡、傅海峰两人搭配尤为出色。
一、研究对象与方法
(一)研究对象
第30届伦敦奥运会羽毛球男子双决赛我国运动员蔡/傅海峰与丹麦运动员玛蒂亚斯・鲍伊/卡斯滕・摩根森的比赛。
(二)研究方法
采用文献资料法、录像观察法和分段指标评估法。
二、结果与分析
(一)两队选手的配置
蔡网前技术细腻精湛,可以为同伴制造进攻机会;左手持拍,身高183cm且弹跳出色。傅海峰的后场攻击相当的具有杀伤力,进攻速度非常快,他俩的技术特点相配合简直就是天作之合。玛蒂亚斯・鲍伊心里素质好,网前技术细腻娴熟,多负责网前区域;卡斯滕・摩根森弹跳和力量惊人,后场的进攻能力强,一般负责后场进攻。双方都配置一名网前技术好和后场进攻强的选手,这样的配置相当合理。
(二)比赛双方情况统计
这场比赛中国队发挥的相当的不错,最后以2比0的绝对性优势取得奥运会的羽毛球男双的冠军,两局比赛的比分分别是21比16,21比15。具体的得分构成见表1:
表1 比赛得分情况表
发球得分 发球失误 相持得分
第1局 第2局 第1局 第2局 第1局 第2局
中国队 2 1 0 2 15 14
丹麦队 1 0 0 1 15 10
从表1中可以得出,中国队和丹麦队之间的发球阶段的差距不是很大,发球的成功率和稳定性都比较高,几乎没有出现失误。在整场比赛中的相持阶段,中国队有明显的优势,从比赛一开始就占据主动权,随着多拍回合的增加,这种优势变得更加的明显,最后导致丹麦队自己失误连连。在第一局的时候中国队在相持阶段连续失分的情况比较严重,主要是中国选手对球的落点的判断不准确,而丹麦队也犯同样的错误,以致于输掉第一局比赛。中国队在第二局的相持阶段发挥出正常水平,以21比15拿下了这一局,从而以2比0的比分赢了丹麦队,摘取了本次奥运会羽毛球男双的金牌,实现了我国羽毛球双打在奥匹克运动会比赛中的金牌梦。
(三)比赛双方发球、接发球的技术比较
在羽毛球比赛中技术含金量最高的是发球和接发抢攻,其中发球对比赛输赢的影响双打项目远大于单打项目。发球和接发球也是最容易出现失误的阶段。不管是双打项目还是单打项目,发球、接发球都是整场比赛的取胜关键。发球抢攻和接发球抢攻都是比赛中重要的技战术手段。发球的方法有很多种,可以根据球的落点、球的速度以及球的运行路线,发出不同的球。运用不同的发球方式,让对方猜不出你出球路线和意图,以取得前几拍的主动。接发球抢攻是最容易得分的技术环节,同时也是最具有威胁的一种战术。但是,前提就是对方选手的发球效果不是很好的时候。从表1中统计的数据中得出双方发球得分和失误的情况不分伯仲,而且从发球的技术含量和效果上可以看出,我国选手和丹麦队选手的发球技术不分伯仲,详情见表2:
表2 第30届伦敦奥运会羽毛球男子双打决赛中第3拍、
接发球效果比较表
第3拍主动 接发球主动
第1局 第2局 第1局 第2局
中国队 1 0 0 3
丹麦队 1 1 1 2
第3拍是指发球方发球后的下一次击球,第3拍在双打的技术中既是重要的技术,又是重要的战术。第3拍主动就是要做到移动速度要快,判断路线要准确,主动要跟得上,被动要救得起,即能进攻又能防守,球的路线变化多,使对方选手封不住网,从而创造出更多的进攻机会;接发球主动是指发球扑杀、杀球或网前放小球的主动,从比赛录像中可以看出来,双方选手对于对方的发球和接发球抢攻都做好了相当充分的准备,尽量避开不应该出现的低级错误。双方选手对于对方的发球节奏、时机和球的路线都比较熟悉。
(四)两队在相持过程中处理球的技术比较
羽毛球双打比赛相持过程中网前控球和网前反控制球,也是一个重要的技术环节,是比赛中的最激烈、最具看点的环节。控制球和反控制球一般都是在网前区域进行的,运用一系列的网前技术,控制球的进攻权,使得对方不得不低球网回球、挑高球或失误,从而直接得分或给同伴制造机会。本场比赛中两队网前球处理对比的情况如表3:
表3 本场比赛中网前球处理情况表
网前失误数 封网得分 被挑球失误球
第1局 第2局 第1局 第2局 第1局 第2局
中国队 3 3 3 2 5 1
丹麦队 5 7 2 1 6 2
从录像和表3的数据统计中可以得出我国运动员基本掌握了这场比赛的节奏。我国快速、凶狠、准确、灵活的羽毛球技术风格被他们发挥的淋淋尽致。在一场比赛中掌握了比赛节奏基本上就等于赢得了这场比赛。从录像和表3的数据统计中分析出,丹麦队选手的网前球失误较多,说明丹麦队选手的网前技术还有待提高。中国队选手在网前的防守中也出现一些纰漏,应当提高一下网前防守技术,避免漏球情况的出现。中国队在相持阶段中蔡与傅海峰的配合相当的默契,封网相当的积极,站位也相当的到位。在气势上给了丹麦队选手相当大的压力。在赛场上网前球的掌控一直是共同抢夺的重难点,通过对网前球的掌控,使对手在低于球网的位置处理球,加大对手处理球的难度,给予本队后方队员进攻得分制造机会。蔡在处理网前球的技术和意识在中国的羽毛球选手中处于领先地位。
三、结论与建议
(一)结论
1.本次奥运会羽毛球男双决赛中,我国选手蔡/傅海峰的发球和接发球抢攻的技术发挥的相当不错,略胜于丹麦队玛蒂亚斯・鲍伊/卡斯滕・摩根森。进攻主动基本掌握在自己手中,发球的节奏相当的理想,但是发球节奏上的变化较少。第3拍的预判和主动进攻能力上也很不错。
2.在相持球阶段,蔡/傅海峰网前球的处理、接杀球、杀球和进攻等网前控制与反控制球明显强于丹麦队选手玛蒂亚斯・鲍伊/卡斯滕・摩根森。
3.我国的双打选手在发球环节节奏分明,快慢和路线把握得很到位。破坏对方第3拍的节奏和意图,这一点做的很好,取得了相持过程中的主动,让对方选手措手不及。
(二)建议
1.我国双打选手在比赛的相持过程中一定要保持网前球处理技术过硬,其次就是判断对方的球的进攻路线,球的落点,在强行封网的技术和能力上还需要进一步的加强,从而把相持转化为进攻,创造更多的进攻权利。加大对相持阶段技术运用的训练力度,有意识的加强其反手攻击能力。
2.我国选手在相持阶段的进攻和防守技术上的转换还应该加强,积极避免对方的封杀,导致失分。要把握主动的进攻权力。
3.继续加强发球、发球抢攻和接发球抢攻的意识练习,尽量避免发球与接发球抢攻阶段的失误。
4.在发挥已有的技术水平的基础上,进一步加强主动进攻出击意识,即使在相持阶段也应该争抢先进攻和抢先变线赢得主动。还有使用特殊的击球加大对方还击球的难度。如:贴网的搓球紧贴对方球网翻滚落向地面;击出的球直接奔向对方的身体让对方运动员做不出还击动作。
参考文献
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【关键词】:地表水厂、自动控制系统、工艺条件、技术要求。
中图分类号: TU991.6 文献标识码: A 文章编号:
水厂在生产过程中采用自动化控制技术,可解放生产力,提高生产效率,是城市供水技术的根本性变革。国内从20世纪90年代以来设计建造的大中型水厂基本采用自控技术控制生产过程。
浙江平阳水头水厂设计总供水量Q=5万m3/d,水源为顺溪水库,净水工艺流程如图1所示。整个生产过程采用自动控制。
水厂自动控制系统由一个中央数据处理总站(PDS)和3个PLC控制分站及各类检测仪表系统组成。加药间及絮凝沉淀池1号PLC站;气水反冲洗滤池及加氯问2号PLC站;送水泵房3号PLC站和中央PDS站。控制系统可实现2级控制:即单元PLC站独直控制和PDS站水厂中央控制室集中控制。在PDS中控室留有串行接口,可通过无线传送数据,进行全厂供水调度。同级PLC站之间能够相互交换数据,但不能相互控制。各个PLC站具有完整的数据采集、控制、存储、处理、显示及事故报警功能。中央PDS系统具有与各PLC站联网进行数据采集、控制、存储、处理、显示及事故报警功能。中央控制室设有生产管理和监控计算机、打印机。计算机实时采集生产数据,形成PLC工业控制网。监控计算机可显示各PLC站的仪表、机电、加药、加氯设备、沉淀池、滤池模拟画面,可对系统的所有设备进行远程操作和控制,并可显示工艺布置图、实时动态参数、设备的工作状态、实时/历史报警信号、在线仪表的实时/历史趋势曲线、水泵机组运行时间等功能,同时可进行设定参数的修改,编制和打印生产管理报表。管理计算机用于采集和储存监控汁算机检测的主要数据,便于生产管理。
1.加药间、絮凝沉淀池1号PLC站
1.1自动加药系统
自动加药系统的主要设备是流动电流监控仪、计量泵及其配带的变频调速装置。加药间按Q=5万m3/d设计,1台流动电流监控仪和2台隔膜式计量泵。
加药的自动控制为前馈控制。根据测定混合后水中的流动电流值与设定值相比较.并以此作为控制药剂投加量大小的依据。前馈水样取样口设在加药后经过快速充分混合处,即管式静态混合器与絮凝沉淀池进口之间的管道上。前馈控制的流动电流设定值根据水厂试验的测定值,设定值要求可调节。药液投加量的调节由配有变频调速装置的计量泵实现,投药点在管式静态混合器的进水端,2台计量泵轮流使用。
加药量由SCD仪控制。正常情况时SCD仪控制器直接控制变频调速装置调节加药量。若SCD仪故障,则通过1号PLC控制。
加药间溶液池共3格,每格池均装设超声波液位计,要求第1格液位降至一半时,第2格充满,第3格调制备用。工作中的溶液池液位降至设定下限值(-1.0m)时,加药计量泵应自动切换到另一格池工作。
该站系统具有对源水流量、浊度、pH值及SCD仪的流动电流值、2台汁量泵的投加量、3格溶液池的液位均能实现实时监测。
当工作的溶液池液位低于设定下限(-1.0m)时,另一格池未充满(达到0.85m),要求报警。溶液池液位低于设定下限值而切换不了、运行中的计量泵吸不到药液、计量泵阻尼器压力下降或上升超过没定的下限或上限值以及计量泵吸液管上电动球阀故障等,除自动切换备用计量泵工作外,均应报警。报警要求同1号PLC站。
1.2絮凝沉淀池
絮凝沉淀池为栅条絮凝池分为2组,每组水量Q=2.5万m3/d独运行。每组絮凝池没有6根排泥管,每组沉淀池安装有一台桁架泵吸式刮泥机和一套超声波泥位汁,泥位汁安装在沉淀池进水端。刮泥机根据泥位计测出的泥位自动控制运行,刮泥机只能停留存沉淀池的进水端。当泥位达到设定积泥高度(0.60m)或絮凝沉淀池连续不排泥时间超过12~24h时(该值可调),开始排泥。排泥方式为:絮凝池6个气动排泥阀按编号轮流排泥,每个排l~2min(该值可调),间隔0.5min;沉淀池刮泥机沿沉淀池全程运行一次,始、终点均为沉淀池进水端。每组排泥系统不可同时工作,如同时达到设定值时则一组排泥,另一组随机等待。
该站系统能提供以下数据:刮泥机的运行工况及累计运行时数,絮凝池气动排泥阀的运行工况,沉淀池出水浊度(NTU)、pH值,电气设备的参数。
当刮泥机桁车故障(不能按设定行程运行和停止),刮泥机排泥泵故障,沉淀池泥位超限(Hh>0.6m),絮凝沉淀池连续不排泥超时,絮凝池排泥阀故障及电气设备故障,应报警。报警要求同1号PLC站。
2.气水反冲洗滤池、加氯间2号PLC站
2.1气水反冲洗滤池
该工程采用气水反冲洗滤池,共10格,双排布置,中间管廊,反冲洗泵房没于滤池中部。滤池自动控制系统包括过滤自动控制、自动反冲洗控制和空压机站自动运行控制。
滤池要求达到恒水位恒速过滤自动控制,该目标通过超声波液位计实时监测水位变化,根据水位变化控制滤池清水出水阀开度,调节出水量从而调节滤池水位高度在微小的范围变化实现。
滤池反冲洗采用气冲、气水联合冲洗、单独水漂洗3个阶段。滤池满足以下任一条件即进行反冲洗:单格滤池水头损失达1.8m(可调);连续运行时间超过48h(可调);在清水阀全开的状态下,池内水位超过最高控制水位(标高3.20m);根据运行需要进行某格或逐格滤池强制冲洗。一次只允许一格滤池反冲洗,当几格滤池同时达到反冲洗条件时,按先后秩序等候。每两格滤池冲洗间隔10min。
①反冲洗时阀门启闭程序。关闭滤池进水阀,延时l~1.5min,打开排水阀,关闭滤池出水阀:打开鼓风机出风阀,打开鼓风机,打开滤池进气阀进行气冲,气冲历时3min(可调);启动反冲洗水泵,依次打开反冲洗泵出水阀,滤池反冲洗进水阀(气冲阀门不关,继续进气),进行气水联合反冲洗,历时4min(可调):关闭鼓风机、关闭滤池反冲洗进气阀,单独进行水漂洗,历时4min(可调);依次关闭滤池反冲洗进水阀、反冲洗水泵出水阀、反冲洗水泵,关闭滤池反冲洗排水阀:打开滤池进水阀,打开滤池清水出水阀;打开滤池进气管上DN50电磁阀,释放残余空气,时间约10s。
②空压机站自动运行控制。该工程滤池及絮凝沉淀池排泥阀均采用气动阀,气源由设在滤池旁的空压机站提供。空压机站压缩空气储气罐的气压需要稳定在一定的压力范围内以保证气动阀的正常丁作。当储气罐的压力低于最低压力时,自动启动空压机工作,储气罐的压力达到设定压力时,自动关闭空压机。
滤池冲洗水泵、鼓风机要求均能定时轮流运行,空压机能自动轮换开停,使设备工作时间均匀。
③数据采集及报警要求。该站能提供的参数为:各格滤池水头损失、过滤时间、滤池水位高度:各格滤池气动阀开闭状态,清水出水阀开启度:冲洗水泵运行工况(包括冲洗水泵压水管上气动蝶阀开闭状态),并累积计时;鼓风机运行工况并累积计时:空压机运行工况并累积计时:电气参数。
系统出现下列故障应能报警:冲洗水泵故障(包括冲洗水泵压水管上气动蝶阀故障);鼓风机故障(包括其阀门故障);空压机故障;各格滤池气动阀故障:滤池反冲洗工艺参数控制值(水头损失、最高限制水位及运行时间)超值;清水池水位超限(3.3m)报警,并关闭滤池清水出水阀;电气参数超限报警。报警要求同l号PLC站。
2.2加氯系统
采用滤前滤后二次加氯,投加点分别设在引水管上和气水反冲洗滤池与清水池之间管道上。加氯系统采用复合环路控制,即滤池出水流量配比和余氯反馈控制。清水池进水流量信号由设在其进水管上的电磁流量计提供,余氯反馈取样点设于加氯点后管径处。复合环路控制器在失去余氯反馈信号时自动降为流量配比控制。
系统设4kg/h3台加氯机,2用1备,轮换使用,每台加氯机运行一段时间后能自动切换;运行中的加氯机出现故障也应能自动切换。两组气源,1用l备,工作气源用完氯瓶压力下降至设定值时,停止其工作并能自动切换到备用气源继续工作。
该站能提供的参数为:加氯机运行工况,并累积计时;两组氯瓶的自动切换信号;出厂水余氯量设定值与实测值;加氯点后取样点的余氯量;每小时加氯量。
系统出现下列故障应能报警:运行中的加氯机出现故障,自动切换备用机投入运行,同时报警:如切换不了亦报警;工作气源用完时,自动切换备用气源投入运行,同时报警;如切换不了亦报警;氯瓶问或加氯间空气中的氯气含量超过设定值报警;出厂水余氯与设定值相比,超出或小足均应报警(以20%为准)。
3.送水泵房3号PLC站
送水泵房4台水泵,最大运行工况为2用2备。清水池水位在1.0m以下时2台水泵运行;清水池水位降至0.5m时停止水泵运行;出厂水管道压力突然大幅度下降时,停止水泵运行;4台水泵要求能够均匀轮换运行。
该站能提供下列参数:出厂水流量瞬时值和累计值,出厂水压力、浊度、余氯、pH值,要求实时监测并能记录储存;水泵机组的运行工况(开、停台数),并累计台时数;清水池水位;水泵机组运行的电气参数;高低压开关柜的电气参数。
系统出现下列故障报警:出厂水压力低于设定值,浊度超过设定值(设定值为1NTU),游离余氯超过设定值(设定值为O.6~0.8mg/L);水泵机组不能按程序自动开、停;电气设备故障。报警要求同1号PLC站。
4.结语
水头自来水厂从2008年投产,几年来生产运行实践表明,采用自动控制,加强了各生产环节的合理运行,降低能耗,减少药耗,降低生产成本。水厂自动控制系统运行良好,出水水质均达到国家标准。
参考文献:
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七3班
大家好!我来自中国,是中国通用的货币.
现在,我可是中国的大牌明星,我的粉丝有十几亿,他们可以为我出生入死,勇往直前。我被粉丝们捧得大红大紫,通行华夏。人们为了得到我,可以不惜一切的去付出,不顾一切的去牺牲。可以这么说,为了我,他们总会赴汤蹈火。还编出了“有我能使鬼推磨,有我能使磨推鬼”来不断提升我的价值.使我每天都在一种自豪、快乐中度过。我觉得我是九洲中最幸福的一个物。
可是,好景不长,接下来发生的一系列事情,使我惊讶不已,痛苦万分。先是小鸟公主向我发来痛斥信,说是因为我,因为利益,人们毁了它们得到家园,请我自重。接着,动物王国向我送来挑战书,说是因为我,使它们失去快乐,失去了家园,.请我马上让人停止行动,保护它们的家园,否则就发动进攻。
随着时间的流逝,一封封挑战书、痛斥信直面扑来.我每看完一封信,都惊痛不已。我觉得自己就是哑巴吃黄连----有口说不出。更让我没有想到的是人类的和平大使,人类进步天使等也发来联名信,说自从有了我,人们懂得了利益,变得更加自私,请我马上劝告人们万事以大局为重。我看后,顿觉山崩地裂,心像霜打了一样,我不明白他们为什么把矛头指向我???我的心在深思……
最后,就连地球妈妈也发来请求信,说因为利益,因为我,人们大肆向空中排放有毒气体,空气遭到污染,任意毁坏自然,使很多孩子失去了家园。地球妈妈请求我帮助,使地球重新恢复原貌,完成她当母亲的心愿。