前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的测量论文主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
在利用激光进行的三维测量中应用最广泛的测量方法主要有三种:干涉法、飞行时间法和三角法。1.1干涉法干涉法测量是利用激光的干涉原理来完成对物体测量的一种方法,其原理是将一束相干光通过分光系统分成测量光和参考光,通过测量光波与参考光波相干叠加产生的干涉条纹变化量来获得物体表面的深度信息。干涉法的测量精度高,在100m范围内可以获得0.1mm的分辨率。1.2飞行时间法飞行时间法是通过测量脉冲光束的飞行时间来测量距离的一种测量方法,其原理是通过测量发射和接收激光脉冲信号的时间差来间接获得被测目标的距离。飞行时间法以时间分辨率来换取距离测量精度,精度相对较低,一般在1mm左右,精度高的测量头可达亚毫米级,常用于大尺度远距离测量。1.3三角法三角法是光学测量中最常见的一种测量方法。它是将待测点的深度坐标,通过不同的检测元件,利用几何三角关系转换为相对于光学基准的偏移量进而计算出该点深度值。根据具体照明方式的不同,光学三角法可分为两大类:被动三角法和主动三角法。激光三角法测量是基于激光的主动三角法,是近年来研究较多、发展比较成熟的一种测距方法。其测量原理是:由光源发出的光照射到被测物体表面上,反射后在检测器(如:CCD)上成像,物体表面的位置改变,检测器上成的像也随之改变,由几何三角关系即可通过对像移的检测和计算出实际高度。激光三角法测量的精度取决于感光设备的敏感程度、与被测表面的距离、被测物表面的光学特性等,适合于近距测量,精度一般在丝米级。
2测量方法的选择
船板的形状尺寸测量是一个典型的外表面三维曲面测量。由于船板是一个连续而光滑的曲面,因此,可以将整个曲面离散成m×n个点,通过测量得到这些点的坐标值后,即可通过软件拟合出整个曲面。由于传统的接触式测量,存在探头易磨损,需要人工干预,价格昂贵,对使用环境有一定要求,测量速度慢,效率低等问题,因此,虽然其有较高的测量精度,但确并不适合应用在船板多点成形在线测量中。对比三种常用的激光测量方法,测量精度均能满足船板的测量要求。本着实用而不浪费的原则,由于干涉法测量所需的测量设备成本较另外两种方法高出很多,并且使用时需反射镜,现场在线使用不方便,速度慢效率低,因此,采用飞行时间法或三角法的激光测量传感器比较适合船板三维测量,其设备价格较低,对测量表面的要求不高,并且可直接测量,使用灵活方便。
3扫描装置
扫描装置是激光测量头的安装平台,其作用是带动激光测量头沿X轴和Y轴运动,完成对整个测量表面的扫描,并在测量的同时给出测量点的X方向和Y方向的坐标值。为了提高测量效率,最终确定扫描装置采用多点方式,这样可以大大提高船板多点成形的生产效率。由于多点测量方式使用的激光测量头数量较多,因此,在满足测量精度要求的前提下,选择了价格相对较低的飞行时间法激光测量头。扫描系统由电动滑台、联轴器、接轴、减速机、伺服电机、测量架、测头等部分组成(见图1)。电动滑台和减速机通过架子固定在上模座上,伺服电机与减速机相连,并通过接轴与电动滑台连接,测量架固定在电动滑台上。测量时,在伺服电机驱动下,电动滑台带动测量架沿X方向移动,每走一个步长测头测量当前X坐标下各点的Z坐标值,直到测量完整个板材表面点阵(见图2)。
4结束语
1.1三维可视化技术
三维可视化技术,是对一种能够形象立体的描述矿山模型的技术手段,利用三维可视化技术可以更加全面的了解矿体的地表形态与矿体空间信息之间的位置关系,为测量人员提供更精准形象的空间分析数据。三维可视化技术是通过三维动画软件来实现的,常用的动画软件是3DMAX,它具有先进的运动匹配以及数字化建模等功能,可以大幅度的提升三维可视化模型的制作品质。
1.2数字化资料处理技术
资料的数字化处理,是矿山测量系统的一项重要工作,矿山测量工作包括数据信息的采集、存储以及处理,数据类型主要是图形、数字以及表格等[2]。进行资料的数字化处理,需要用到计算机的辅助绘图功能和电子图表化功能,许多测量工作者会运用VB、AutoCAD等软件进行实际的数据处理工作。
2数字化测量在地面控制测量中的应用
2.1GPS地面控制网的布设要点
地面控制测量的主要目的是为施工放样、变形观测、地面大比例成图、建立整体的控制奠定基础,建立地面控制网可以对全局有一个整体的把控,限制测量误差的积累和系统之间的错误信息传递,因此,有利于提高测量数据的精准度[3]。GPS与地面控制测量结合,就形成了GPS地面控制网这种先进的地面控制测量方法,在布设地面GPS控制网时,要充分考虑测量范围的大小、精度要求以及点位密度等因素,可以根据工程的需要设定不同的边长。在分布网点时,要遵循统一的测量规则,按照严格的等级标准进行施工作业。
2.2常见的网形
GPS地面控制网对横向误差没有影响作用,但其长度却会对地下贯通的纵向产生误差,因此,两点通视网形和后视同一点网形这两种简便灵活的网形,在城市地铁的地面控制网布设中具有更加明显的优势。针对丘陵隧道情况,采用后视同一点布设网形不能直观的通视两个控制点之间的联系,但可以在丘陵山脊上设置一个新的控制点,实现与两点之间的通视,只要水平角度够精确,就可以显著地减少地面控制网对横向误差的影响[4]。
3数字化测量在井筒深部延伸中的应用
立井井筒深部延伸是矿井测量的一项关键工作,利用激光测距仪、全站仪等进行井筒深部延伸的贯通测量能够有效的降低横向误差,提高贯通测量的精确度,而且与传统的测量方式相比,还能满足井筒深部延伸的精准定位要求[5]。针对地理坐标北纬30°55′,东径117°49′,平均海拔为168.5m的丘陵地带开掘的直径3m,筒深600m的辅助井,可以直接对其改造并延伸成井,一般是先在井筒内预留一段超过5m的岩柱作为井筒隔离层,在180~300m深部采用吊罐反掘的方法刷大成井。为了提高竖井贯通工程的测量精度,采用全站仪和陀螺仪能够定向的反映辅助井的贯通施工,对丘陵地带的辅助井贯通施工具有很强的指导意义和实用性。
3.1贯通测量误差的预计
贯通测量误差,需要从既定的k点开始,沿平巷和下山敷设导线,并测量回到k点所引起的误差,从外部形式上看像一条闭合的导线k-1-2...15-16-k,在实际贯通之前是一条支导线,所以,在水平方向上的重要贯通误差,实质上是支导线终点k在x方向上的误差。
3.2辅助井贯通测量
在辅助井贯通测量的地面控制测量中,可在辅助井、措施井及混合井井口附加埋设3各相似的近井点,并建立以第1个近井点为坐标原点,其余两个为假定方位的坐标系统,将3个近井点之间用1条直线连接,利用全站仪测量6个回数,利用激光测距仪测量往返距离,在闭合的三角形中就可以测定导线边长,同台仪器的往返测距和不同测量方法的测量结果可以多次使用。由测量误差所引起的x、y方向上的误差,采用全站仪导线,全站仪的测角精度为2s,测距精度为2mm+2ppm,由于平均误差小于100m,所以各边的误差均小于2.2mm。利用陀螺仪可以简化深部延伸井筒的定向程序,先在地面上独立测量3个仪器常数,再在井下定向边上独立测量2次陀螺方位,基础定位程序可以在3d之内完成。辅助井井中测量的目的,是为了确定井筒的垂直度,一般是先地表标记出一个以井筒为中心点的十字线,沿井筒十字线放置两根钢丝作为几何投点,通过测量多处井点,利用余角法就可以推算出井中坐标的具置,并进而确定井筒的垂直度[6]。主井与辅助井贯通时的测量误差来自于两工作面上井筒中心的相对偏差,一般是先假定井筒中心线方向为y'方向,与它垂直的方向为x'方向,最后求出井筒中心的平面位置误差。对于两个相向开凿的立井贯通,需要同时进行地面测量、井下测量和定向测量,这些测量误差的所得出的贯通相遇点的误差,需要同时预计x'、y'两个方向上的误差。
4结语
热模拟测量法并非直接的测量,而是通过模拟绕组与变压器油之间的温度差来测量变压器的温升平均值。其工作原理是加热电流流经一个电热元件,产生了附加升温,再使用电流匹配器进行调节,使所升高的温度恰好与绕组油的温差相同。这种方法的缺点是受外界环境影响较大,必须在规定的环境条件下进行测量。并且,这种方法只能模拟平均温升,而无法获知最高温度。另外,电流回路还会增加设备维护的难度,安全措施难以做好。
2间接计算法
这种方法需要获知几种变压器其绕组的热点温度,通过套入公式来间接计算需要测量的变压器的温度。这种计算方法的模型有三种,分别基于技术标准、热路和热阻。这种方法的优点是计算结果准确,实用性非常强。
3在线测量技术的优越性
上文中提到,直接测量法成本高昂且结果不精准,光纤光栅法结果精准,但成本高昂,而热模拟法虽然在日德等许多国家都有应用,但理论分析与实际情况有着巨大差别,导致了测量结果的较大偏差。仅间接计算法按照《油浸式变压器负载导则》中提到的计算公式[2],可以较准确地计算出变压器的热点温度。间接计算法经济实用、操作简便的优越性使其在变压器测温方面得到了广泛应用。由于间接计算法要通过几种变压器来间接获得最终结果,计算过程耗费时间较长,对计算机运算能力要求极高,待结果得出后向有关部门反应,有关部门再派出维护人员进行维修,这使得间接计算法暴露出一个非常明显的缺点——计算复杂、反应不及时。为此,业界许多研究人员对变压器的温度测量方法进行了深入的研究,目前已经取得了一定的研究成果,制作出一种在线监测仪器。这种仪器基于负载导则,模型依循旧版导则的简单计算公式,受到外界影响的可能非常小,结果的精确度非常高。由于计算公式涉及到的温度是稳态温度,不必考虑不同时间段温度的变化会对最终结果造成影响。在线监测仪器内置GPRS模块,可以与距离较远的变电站实现远程监测与控制。
4在线测量系统
4.1在线测量系统的工作原理
在线测量系统包括上位机、下位机、传感器和变压器本身。电力人员在油浸式变压器内安装在线监测仪器,在线监测仪器包括N个温度传感器,传感器在变压器温度上升时通过下位机中内置的GPRS模块将信息传送至变电站的控制中心,变电站的工作人员通过上位机获得变压器的温变信息,可以及时快速地安排人员前去维护。下位机的主要部件有温度传感器与单片机处理单元。下位机在变压器上只需安置五个检测点,即可对变压器的底部、油面、顶部、箱体以及环境五处温度进行及时的监测。下位机内置微处理器,与传感器相连,通过液晶屏显示即时温度。五处检测点,有任何一点的温度值超过内置的温度标准,将会引发微处理器发生报警信息。下位机通过内置的GPRS模块将信息传输至变电站内的上位机,上位机内的相关软件通过代码编译,迅速显示出工作人员可以理解的曲线和数据结果,并作出音像报警和故障分析。
4.2硬件
4.2.1下位机下位机的温度传感器通常为产自美国Dallas公司的DS18-B20半导体,微处理器一般为Atmel公司生产的AT89-S52。这种微处理器的串口可以跨越较远的距离,与GPRS模块进行数据传输。YM-12684液晶屏可以显示温度信息与故障代码。温度传感器通过屏蔽双绞线将温度信号传送至单片机中,鉴于屏蔽双绞线的特性,有效距离最多为50m。4.2.2GPRS模块GPRS模块是远距离无线通信的核心,通过TCP/IP协议,数据可以畅通到达终端设备处。
4.3软件
4.3.1通信协议在线测量系统的通信协议就是上文所提到的TCP/IP协议,AT指令集也能支持。4.3.2上位机和下位机软件上位机的软件可以借助GPRS模块查询到来自下位机的变压器温度信息,并显示温变数据、绘制温度曲线、打印温度报表、做出音像报警、记录故障信息、分析故障原因。下位机的软件依托于C语言指令,循环读取各个端口的温度信息,依照内置命令完成监控、报警功能。
5结语
媒矿井下水平定向钻孔轨迹空间坐标作为基础,逐步实现钻孔轨迹描述与绘制作业。其操作步骤主要为:第一,依据区域特征及实际,建立钻孔轨迹空间坐标系,对钻孔轨迹所处于的实际空间位置进行确定。传统方式的地面钻孔,多会选择以地面作为参照,依据钻孔表现的方向,多将向下方向作为垂直轴,设置为Z,表示正方向,然而井下钻孔作业,不仅仅存在着垂直孔与下斜孔,还存在着近水平孔,钻有上仰孔,且其钻孔地点均位于地面以下,为方便研究与描述其钻孔钻进状态,其基本参照物多选择井下钻场,依据其参照体系,构建出垂直于轴向上为正方向的煤矿井下钻孔坐标系。第二,地面钻井作业中,其关于井斜的描述,多是选择钻孔垂直轴及轴线之间所存在的夹角作为重要参数来表示。然而煤矿井下钻孔,多选择水平面与钻孔轴线之间的仰角作为重要参数值,且考虑到地面情况与井下条件下,其X,Y轴在正反向取向上保持着一致性,然而在坐标系中,Z轴方向却存在着相反性。地面坐标系中,多将Z轴向下作为坐标系正方向,其坐标系统满足右手螺旋法则。在井下坐标系统中,则多将Z轴向上作为坐标系正方向,此时坐标系则满足左手螺旋法则。
2水平定向钻孔轨迹的基本要素
在实际开展水平定位钻孔轨迹设计操作、测量操作及数据信息处理的过程中,一般多选择钻孔轨迹L中的某一个测点作为研究的基础对象,其选择测点所相应的孔深、倾角与方位角,则被称之为水平定向钻孔轨迹的基本要素。依据相关理论,则测点数据信息仅表现了该点位置的空间位置,测点位置的切线则表示为钻进过程中的前进方向线,亦被称之为钻孔当前轴线,可以通过钻孔当前轴线、来表述测点附近一段钻孔轨迹。测量数据的处理操作与钻孔孔迹绘制,其对钻孔轴线的绘制,均是依据钻孔轴线进行操作的。为确保钻孔轨迹绘制及描述的准确性,要求对钻孔孔迹中存在的测点相应的孔深、倾角与方位角基本要素进行精确处理。在其基本要素中,理论孔深定义为:测点位置所具备的实际钻孔深度值,在近水平钻孔中,多指的是孔口位置到测点钻孔曲线之间的实际长度值,多采取钻杆进行测量,一般用L进行孔深记录;倾角:是指钻孔当前点的切线与水平面之间的最小夹角;方位角:是指钻扎当前点的切线在水平面的投影与北向(N轴)之间的夹角;设计方位钱:开孔方位线在水平面上的投影,代表钻孔深度廷伸主方向。
3煤矿井下水平定向孔轨迹的一般形式和描述方法
本煤层预抽钻孔的布且形式预抽钻孔一般情况都布宜在煤层厚度大、透气性好、瓦斯含且高、煤层硬度较大的称定煤层中,这样不但有利于成孔和后期钻孔橡定,同时能够保证钻孔的高渗透性。有利于瓦斯的逸出。报据钻有利于瓦斯的逸出。报据钻孔相对于工作面延伸方向的不同水平定向钻孔布龙形式主分为走向和倾向布置两种形式。为了保证良好的抽放效果,不能使钻孔穿透工作面或从巷道穿出帆,在实施定向拐商钻孔前,孔相对于工作面延伸方向的不同水平定向钻孔布置戳主钻孔布t形式一般以走向或倾向平行布皿为主。在实施向拐夸钻孔后,可采用“一孔多分支”的钻孔布1形式。这样可在顺槽直接开孔,减少钻机椒运次数,提高钻进效率,同时起到“一孔多用”的效果。
4煤矿井下随钻测量技术钻孔轨迹数据处理方法
在煤矿井下随钻测量技术钻孔轨迹数据处理中,提出应用平均角法进行轨迹计算。为确保钻进轨迹描述的准确性,可以进行多点测量,降低两侧点间距,提高计算精度,这种方法计算简单,在实践应用中应用较为广泛。此外,在煤矿井下随钻测量技术钻孔轨迹数据处理中还可以采取平衡正切法。然而其方法应用精度偏低,为满足现场实际需求,本文提出应用Excel进行钻孔孔迹测量参数计算,并绘制钻孔轨迹图。Excel工具具备着强大的数据处理功能,通过测量仪器,收集测点深度、倾角与方位角等信息,通过Excel形式进行保存,采取相应的计算方式进行孔迹坐标计算,选择图表导出方式,直观获得钻孔轨迹水平及垂直投影。
5结束语
作者:马知也 单位:兰州职业技术学院
网络流量采集方法
对经过该链路的流量进行监听和捕获,按一定格式将流量数据进行编码,或者将其汇聚为流数据,发送给后台的接受存储设备.IPFIX工作组[3]定义了采集设备将流量发送给后台接受设备的协议及数据格式.数据存储模块对采集并初步处理后的数据在存储设备中进行存储以备进行下一步数据分析.小型测量系统存储数据到本地采集系统的硬盘上,并实时的进行分析处理和应用.而在大型测量系统中一般有专用的中心存储设备来存储数据,通过专用或普通链路接受各个测量结点捕获的数据.数据分析部分对流量特征进行分析,并将这些数据用于计费、异常检测等应用.网络设备支持的流量采集有些路由器或交换机本身具有流量采集的功能,在进行路由转发等功能的同时,它们可以通过专用的硬件设备采集网络流量数据,并进行初步处理,然后将其转发到后台专用流量接收设备.目前网络设备中应用广泛的Cisco公司的Netflow和基于网络设备流量采集标准的sFlow两种流量采集技术.Netflow通过采集数据分组,根据配置对其进行抽样,并对具有相同“流关键字”的分组聚合形成为流信息,然后通过定义的格式把流信息发送到后台的流量接收服务器,再由后台服务器对流信息进行存储、分析等工作,从而实现完整的流量测量.而sFlow流量采集技术是将sFlowAgent嵌入在交换机和路由器等网络设备中,它负责对流量进行监视,并将采集的信息发送给后台的接收服务器.sFlowAgent通过对数据进行抽样而减少向后台服务器发送数据量.基于网络设备支持的流量采集技术一般被用于计费和流量分析等领域.随着网络速度的提高,流量采集功能的使用会对路由器、交换机本身的转发性能产生一定程度的影响,另一方面这种粗粒度的信息对于某些需要详细分组信息的应用也存在着不足.基于网卡采集在正常应用中,网卡从网络接口接收数据分组,然后将它传递到上层应用.基于网卡的流量采集方法有正常应用模式和混杂模式两种.在正常应用模式下,网卡只接收发送给自己的数据分组.而在混杂模式下,网卡可以接收所有到达的数据分组,硬件不对分组进行过滤,所有分组都会进入系统的内核.因此,当一个网卡专门用于流量数据采集时,一般应设置为混杂模式.专用设备进行采集虽然通过一系列技术改进措施,普通网卡结合计算机的网络流量采集技术可以对普通链路进行流量数据采集.但对于高带宽的链路,应该采用专用的硬件设备进行流量数据采集.一些公司推出了专用的流量采集设备,如Endace公司的DAG卡[4],NetScout公司的nGeniusProbes、nGeniusInfiniS-tream产品[5],以及一些基于网络处理器的流量采集方案等.这些专用设备使用高性能专用硬件实现数据采集工作,性能上较前两种采集方法有了很大的提高.并行采集随着网络速度的高速发展,单个设备的采集能力已经很难适应流量数据的采集.因此,利用多个采集设备并行完成流量采集任务成为一个较好的选择.但为了保证各个采集设备的负载均衡,必须对分流设备的分流策略进行仔细设计.如果分组被分到多个流量采集设备,那么将会给后续的汇总处理程序带来一定的困难.为了使多个采集系统在数据采集上一致,并保证数据集的完整性,多个采集系统之间必须解决时间同步等问题.
网络流量测量模型
在现实中许多比较难以解决的问题,一般解决方法是先建立问题模型,模拟一定的场景和条件,然后在这些场景和条件下对问题进行模拟解决.由于互联网络的异构型和网络高突发性业务量使得网络呈现复杂的非线性,为了有效的对网络流量进行测量,就需要建立一定的网络流量测量模型,而且这种模型的建立也是非常有必要的.首先建立仿真模型对真实网络流量进行描述,这种模型还能够对网络流量将来的行为趋势有效地进行预测.传统的网络流量模型多以泊松过程为基础,其中有泊松模型、马尔科夫模型、自回归模型、自回归移动平均模型和自回归合成移动平均模型等,这些模型同属于短期相关性模型,即若测量时间的间隔足够大的时候,当前时刻所采集到的业务流量与过去时间所采集到的业务流量不具有相关性.从时间的角度来看,这些模型所采集的数据流量具有短相关性,随着测量时间间隔的变大,网络流量会趋于一个恒定的常量,也就是说,网络流量突发性得到了一定的缓和,因此,传统网络流量测量模型并不能描述网络性能的长相关性.对网络流量自相似性进行深入研究后发现,自相似网络中业务流量在较大的时间间隔具有突发性,并且这种业务流量的长相关性比较明显.因此,传统流量模型一般不适合用来进行自相似流量的模型建立.所以,目前对网络流量的描述逐渐采用自相似模型,这种模型能够表征长相关性与突发性.自相似性网络流量模型以自相似过程为基础而建立,模型在精度和灵活性方面与统计特性下建立的模型比较并没有什么优势,甚至没有统计特性下建立的模型好,但其具有明确的物理意义,有助于理解网络流量产生自相似的原理.在自相似性网络流量模型中流叠加算法使用较多.ON/OFF流叠加模型定义叠加大量的ON/OFF源,每个源都有两个周期交替的ON和OFF状态.在ON状态时,数据源通过连续的速率发送数据包;在OFF状态时,数据源不发送任何数据包.在这一过程中,所有发送源都出于ON或OFF状态的时长独立地附和重尾分布.对于网络流量统计模型是以其统计特性下表现出的性质为基础而建立模型,这一类模型相比其它模型虽然在灵活性和精确方面占有一定优势,但其并没有具体明确的物理意义.分形布朗运动、分形ARIMA过程、多重分形小波模型和小波域独立高斯模型都属于这一类模型.虽然自相似性测量模型以网络特征为基础而建立的模型,它可以对业务流量的自相似特性和流量突发性与长相关性进行描述,可以全面认识网络业务流各个方面的内在规律,在一定条件下能够取得较好的预测效果.但实际的网络业务流中,既有短相关特性,又有长相关特性,这种短相关特性与长相关特性并存的多种特性给网络业务流量精确预测带来很大的挑战.因此,自相似网络流量模型对网络流量的所有特性也不能完全描述.
近年来,“学科能力”这一论题受到历史教育工作者的广泛关注,与此有关的教学实践和研讨也屡见报道,“能力”成为人们沟通教学与考试测量的焦点。然而,当我们再次谈到这个论题时,就不得不首先跳出由这一论题所引发的诸多具体情况,从一个更广阔的视野去考虑问题。这很有必要。事实上,迄今我们一直都在就事论事,对这一论题在整个教育领域里所占的位置和其自身内涵尚未认识清楚。换句话说,以往,我们更多的是注意到这个论题在教学和测量当中的操作问题,而忽视了它的理论价值和教育价值。
欲取得对当代学科能力的认识,我们应该先讨论一个与“能力”有关的问题。
从教育和考试发展史的角度来看,能力是一个历史范畴,不同的历史时期,人们对能力的认识和要求也不同。
教育几乎是伴随人类文明同时产生的。蒙昧时代的教育尚未从人们的社会活动中分化出来,其教育的内容和目的是在劳动实践中和各种部族、宗教仪式中使人们掌握劳动技能和生活规范。所谓:“大道之行也,天下为公,选贤与能,讲信修睦,故人不独亲其亲,不独子其子,使老有所终,壮有所用,幼有所长,鳏、寡、孤、独、废疾者有所养。”[1]由于面对严竣的自然环境和低下的生产水平,氏族公社的教育行为对能力的要求,只能是取得生存能力和生活能力。当然,一些带有精神文化特点的教育内容,如口耳相授的族史、神话传说等,其中隐约地含有对人类自身历史的认识成份,但其目的也是为了在精神上取得生存之信念。史载“三岁一考功,三考黜陟,远近众功咸兴”[2]的状况;正反映了当时人们对“贤与能”的衡量标准在于“功”,即在信念和生存能力上足以为首者。
对蒙昧时代教育的认识很重要,实际上它是人类整个教育意识的朴素起源,正因为它朴素到极至,因而它在一定意义上反映了教育的实质。试想,在此之后乃至我们当代的教育,又何尝不是为了提高人们生存、生活的能力呢?
自产生学校教育以来,教育的面貌为之一变,人们对于能力的认识也大大地丰富了。
我国是较早出现学校教育的国家,据孟子说,夏朝就已经有学校,先秦时期比较有代表性的是周代的学校教育。周代的学校有国学和乡学两种,这些学校都是教养贵胄子弟的场所。史载“古之教者,家有塾,党有痒,术有序,国有学。比年入学,中年考校,一年视离经辨志,三年视敬业乐群,五年视博习亲师,七年视论学取友,谓之小成。九年知类通达,强立而不返,谓之大成。夫然后足以化民易俗,近着说服而远者怀之,此大学之道也”[3]。又曰“师氏掌以一@②诏王。以三德教国子:一曰至德以为道本;二曰敏德以为行本;三曰孝德以知逆恶。教三行:一曰孝行以亲父母;二曰友行以尊贤良;三曰顺行以事师长”[4]。类似的记载还有很多,如教之“六艺”、“六德”、“六行”等等。
这个时期,人们对所谓“能力”的认识与要求大致有这样几个特点:
其一,在教育体系上有很强的科目意识,如“六艺”的礼、乐、射、御、书、数,这些科目从能力的角度看代表着人才应具备的各种能力内容。科目的产生,反映了社会对人才的要求,同时也反映了人才的能力构成对社会发展的意义。
其二,对能力的要求有明确的层次划分。从“离经辨志”到“知类通达”,九年五个阶段,各有其能力要求的目标。“小成”阶段之前以“学”为主,也就是以知识的积累为主要教育内容,但其间随着知识的逐渐增加而不断加强对“识”的要求。所谓“识”就是对知识的运用能力和在一定知识基础之上的辨别事物的能力,约束自己并指导社会行为的能力。“知类通达,强立而不返”,显然是能力要求的最高层次,在这个层次中对所谓“学”的要求是能够举一反三,融会而贯通,强调了知识的整体性和其结构功能,这就绝非是死记硬背获得的大量零散知识,而是运用知识内部的联系而重新组织起来的知识体系,思维能力在其中起了决定的作用。“识”的要求是要识别各种社会现象,以明确的社会意识立身行世。
其三,在能力要求的不同层次上,都有鲜明的经世致用的意识,所谓“辨志”、“乐群”、“亲师”、“取友”、“强力而不返”,都代表了一种反映价值取向的社会交际能力和生活能力。
由此可见,当时的官学非常重视对于能力的培养,始终没有把传授知识做为学校教育的唯一目的,而是把获得各种专门知识做为一种认识社会事物,参与社会活动的门径。如果用“学”与“识”来概括知识与能力的关系,那么就应该认为,通过“学”提供一种认识基础。“学”反映了一个历史时期的文化、文明的具体内容,“识”则反映了对这一历史时期文化、文明的理解、阐释、运用和发展。从这个意义上说,对于“识”的要求是认识与吸收,批判与改造,继承与发展的问题。没有“识”,“学”便成了毫无生机的东西。
这一点,在当时的私学中表现得也很突出,史载“孔子以诗、书、礼、乐教”[5],这是指“学”的方面。又说:“孔子以四教:义、行、忠、信,绝四:毋意、毋必、毋固、毋我,所慎:齐、战、疾”[6],这是指“识”的方面。可见,孔子是通过对诗、书、礼、乐的教育达到义、行、忠、信的目的,也就是他的能力要求。这便使儒家学派在继承传统文化的基础上,寻找到了一条认识现实事物的途径,儒学之所以获得显赫的地位,关键在于其“识”的内容得到了社会承认。当时的其它学派的接受传播也都带有这个显著特点。
早期的古希腊教育也认为“教育主要是一种实际的事物……是道德性和社会性的”[7],“只有当我们把每个孩子都培养成好象是奉公守法的君王,训练他们从我们手中接过由同样原则支配的职责的时候,我们才能任其自由发展”[8]。在这里,教育同样被认为是获取生存、生活能力的一种途径,有什么样的教育,通过何种知识培养人,就会造成什么样的人才,即“一个人开始所受教育的方向将决定他未来的生活”[9]。教育如果不把知识的传授和对人的能力的培养结合起来,不把锤炼人们的认识能力做为其根本目的,就失去了教育的意义。
早期人类教育的特点是注重人的社会活动能力的培养,由于历史文化发展阶段的限制,还未能在能力培养中注入对人类社会发展的理性思考。也就是说,人们注意到了应该怎样去生活,但是对为什么这样生活,生活本身究竟是什么这类问题还缺乏认识。人们创造了历史,但对于历史意味着什么,还要从人们已创造的历史当中去体味。历史编纂学的产生与发展为人们了解自身的历史提供了大量的思想资料,也为人类的教育提供了更丰富的内容和新的课题。
我国是治史历史最长的国家之一,以史为鉴的观念源远流长。先秦时期的史学还没有从巫祝神学当中分离出来,史学的教育功能没有得到充分体现。秦汉之后以至整个封建社会,我国的历史编纂绵延不绝,这在世界上是绝无仅有的,与此相随,重视历史教育也贯穿了整个封建社会。
秦朝的以吏为师,不足为训。两汉时期经史未分,但将《春秋》、《左传》、《谷梁》、《公羊》的学术做为国家教育。私学乃至察举的内容,显然体现了“史”的地位,由于当时是从解经的角度治学,因而历史的教育功能没有显示出来,“史、汉”之后,我国历史编纂学终于崛起而一发不可收拾,在史职圣神责任的驱使下,各类史籍纷纷问世,其巨大成就如灿烂的星空,昭示着丰厚的华夏文明,也体悟着悠远的历史意识。史学的教育也成为我国封建社会教育的重要内容,“史识”成为衡量人才的重要标准。
秦汉时期是移风易俗的时代,帝王和朝廷官员们做了一些文化重建工作,这与动乱后必然有一段收拾文明的阶段有关。人称:“前汉重师法,后汉重家法;先有师法,而后能成一家之言。师法者,溯其源;家法者,衍其流也。师法家法所以分者,如《易》有施。孟、梁丘之学,是师法。施家有张、彭之学;孟有翟、孟、白之学;梁丘有士孙、邓、衡之学,是家法。家法从师法分出,而施、孟、梁丘之师法,又从田王孙一师分出者。”[10]当时的教育与选才皆从师法家法而出,但这时的经学传授已然不仅仅是为了收拾典籍,而是人们对历史见解的一种反映。史载:“西京博,但以名流为之,无选试之法,中兴以来,始试而后用,盖欲其为人之师范,则不容不先试其能否也”[11]。另(太和四年)诏曰:“世之质文,随教而变。兵乱以来,经学废绝,后生进趣,不由典谟。岂训导未洽,将进用者不以德显乎?其郎吏学通一经,才任牧民,博士课试,擢其高第者,亟用;其浮华不务道本者,皆罢退之。”[12]显然,那时对于试图习经谋官者来说,仅诵经文、释经义已被认为是“浮华不务道本”,而将经义融于德行者,方可牧民。所谓“世之质文,随教而变”,反映了人们从被动地皓首穷经到把经义做为历史文明,从中汲取“德”或“政”的营养,为现实所用的转变,而如何去汲取,如何施德政于民,则反映了一个人历史见识或者说能力。
魏晋以降,务实之风日开,史学作为正统文献而成为人们论学选才的重要内容。隋“仁寿三年七月,诏令州县,搜扬贤哲,皆取明知古今,通识治乱,究政教之本,达礼乐之源者,不限多少,不得不举”[13],唐初秀才科即重史籍,史载“三史皆通者奖擢之”[14]。
科举以来,特重史识,朝廷也将史识作为评价入试者的标准,所谓“历代史书,皆记当时善恶,系以褒贬,垂裕劝戒,其司马迁史记、班固、范煜两汉书,音义详明,惩恶劝善,亚于六经,堪为世教,国子学有文史直者,宏文馆宏文生,并试以史记两汉书三国志,……每史问大义一百条,策三道,义通七,策通二以上为及第……其三史皆通者,请录奏闻,特加奖擢”[15]。我们可以清楚地看到,以史为试和以经为试有重大区别,以经为试大抵是代圣人立言,较少创作,充其量是在发挥其师承。而以史入试则不然,它不苛求转述史籍之内容,重在阐其“大意”,重在古今之通变。这和我们当今所说“能力要求”已相当接近,所不同者,仅为用什么指导思想去认识古今之通变。
近代以来,人们日益注重将教育测量与学科能力要求的研究结合起来,使历史的研究成为人们认识世界的途径,以1934年会考试题一例看:“自机械发明,工业发达之后,社会渐呈“工人失业”及“富者愈富贫者愈贫之现象,其故安在?试言大略”[16]。此题显然是试图从一个特定的角度去分析社会现状,它完全符合测量的要求和史学认识的特点。
时至今日,对历史学科的能力要求集中在如何启发和测量学生的思维能力上。台湾周梁楷先生认为:“历史教学及测验目标,除了‘历史知识’的层面,还应该培养学生具备下列几项认知的能力:(1)基本的历史思考(historicalthinking)能力,包括有分析的、推证的、综合的和判读史料的能力。(2)初步的历史方法(historicalmethod)。包括使用图书和收集资料的方法和知识。(3)了解历史学(historiography)的本质。包括史学的意义、史学史,以及如何理解或感受历史的情境。”[17]。
由是观之,对历史学科能力的认识是有一个历史发展的过程的。我们可以归纳出以下几点认识:
1.对历史学科能力的认识是随着史学自身的发展而发展的。这其中,在史学成为一种教育目的之后,人们才有意识地去探索所谓“能力”问题。
2.最初人们希望了解或阐释自身的历史是为了获得一种生存能力、社会生活能力,就我国的情况而言,中唐以后由于历史编纂学的发展和史学史的研究,认识和阐释历史逐渐成为人们认识社会的一种方法,但取得生存能力和社会生活能力的这种朴素内核仍被容在其中。产生以来,科学的历史理论和方法真正成为人类认识自身历史的武器,但的理论与方法绝非凭空产生,它是人类历史文化科学的总结。我们今天讨论“能力”问题,不能仅仅从理论出发,而要去研究人们对“能力”认识的历史过程,这样,才能揭示“能力”问题的教育含义和历史、现实的含义。
3.“能力”既是一个历史范畴,既反映了不同时期人类对自身历史认识、阐释的程度,那么,它的教育意义是显而易见的。首先,它能够很自然地溶入我们对历史的叙述当中去。其次,的史学理论能够指导我们对历史学科的能力进行科学概括,也就是说,如同历史一样,它不是一个即可以这样讲,又可以那样讲的东西,它是有客观标准的。
4.当代史学研究的多样化趋势,为我们加深对“能力”的认识,扩大我们视野提供了很好的条件。本人认为,史学的意义和感受历史的情境是我们当代人类体味自身历史的主要观念,也是从中提炼学科能力的一个研究课题。
现在,我们可以回答“能力是什么”这个问题了。它基本上应包括这样几个含义:历史学科的能力是我们要求人们所能达到的对历史认识的某种水准;能力应表现为知识的、理论的、方法的内容;能力的主要意义在它的教育功能,其次,它是可以被测量的;历史是发展的,能力要求也是发展的,不断加强对能力教育和测量的力度,反映了能力自身的特性。
二、历史学科的能力测量
谈到测量,我们应主要理解测量的目标以及这些测量目标之间的关系。
测量的目标即是我们通常所说的能力要求。新修订的《考试说明》对能力要求的表述是这样的:
(一)再认、再现历史知识
1.再认、再现重要的历史事实、历史概念和历史结论。
2.再认、再现历史的阶段特征、基本线索和发展过程。
(二)材料处理
3.阅读理解历史材料。
4.对材料进行去伪存真、去粗取精、由表及里的整理,最大限度地获得有效信息。
5.充分利用有效信息,并结合所学知识对有关问题进行说明、论证。
(三)历史阐释
6.归纳、比较、概括历史知识。
7.把历史事件、人物、观点放在特定的历史条件下进行分析和评价。
8.初步运用辩证唯物主义和历史唯物主义的基本观点分析历史现象和历史事物的本质,阐述历史发展的规律。
(四)文字表达
9.语言准确,逻辑严谨,史论结合。
这个测量目标基本上反映了当前我们对能力要求的认识程度,和以往不同,这次对能力要求的内容首次进行了分类,我们可以清楚地看到九项能力要求被切割成四个类别,即“再认、再现历史知识”、“材料处理”、“历史阐释”、“文字表达”。分类说明了什么?首先,它告诉人们从哪几个方面去进行测量,也就是明确了测量的范围,这个“范围”,大致上是从前述能力因素分析而来,只不过把带有理论意义的东西转化为可以操作的测量目标的类别。
在测量上,对这四类的要求也有区别,区别的依据主要是知识、方法和思维含量。
第一类,再认、再现历史知识,含有两条。这两条概括了历史学科的基础知识,知识含量高,所以它在测量上的要求是准确。所谓“再认、再现”,就是要准确地反映史实原貌。之所以把这类分为两个具体目标,是因第一条比于第二条来说是更为基础的东西,第二条是根据第一条的内容被人为地概括出来的东西,比较系统,但仍属于反映历史原貌的内容,它只要求准确地再认、再现,不要求发挥和阐释。请注意,对于知识的测量要求和如何获得再认、再现的知识显然是两回事,不能认为考的是死知识,那么这种知识就可以完全通过死记硬背的方式获得,这是一个误区。事实上,在测量方法上,死的知识是被包容在活的问题当中的。也就是说它与其它几类的测量内容是一个整体,不会截然分开,这在后面还要谈到。
第二类,材料处理。在测量当中材料的概念是:它是指在题目当中出现的所有历史材料,这些材料是为回答问题而布置的。因此,对于材料处理的要求是有效。所谓“有效”,是指:其一,对于回答具体问题来说是有效的;其二,对于联系所学基础知识是有效的;其三,对于说明、论证是有效的。因此,材料在答题当中不仅仅是被引用、转述、复述的对象,而是用来理解并说明问题的。概括起来,“有效”有两个含义:材料中信息的获取是有效的;对于有效信息的利用是有效的。请注意两个有效所使用的限制词,前一个有效用了“最大限度”,是指要穷尽材料中的有效内容,不能用一两条有效内容去代替其它内容,这样只会导致说明不清、论证不周。“充分”是指对于有效信息不能只求罗列,而要求展示有效信息在回答问题当中的作用和意义。要针对所回答的问题,把有效信息和所学知识溶为一体,进行透彻的说明、论证,实现其材料价值,这才是“充分”。材料处理综合性较强,知识、方法、思维含量都比较高,用“有效”去概括是合适的。从能力型考试的要求来说,我们更注重后一个“有效”。
第三类,“历史阐释”。其主要特征是思维。这里先声明一点,说历史阐释的主要特征是思维,并不是说其它类不需要思维,或者说思维不重要,这里所说的思维,是指这一类能够比较典型地反映历史学科的思维特点,同时亦可统帅其它类的思维。从测量的角度来说,对于这种理论、方法、系统知识含量最高的测量目标,首先要有一个程度的要求。此类范围中含有三条具体目标,相对而言,对于“归纳、比较和概括历史知识”要求程度应该是准确、合理、周到,也就是说,这一项虽然知识要求容量很大,但在测量上伸缩性并不大,它基本上是要求人们将历史知识按特定要求进行本质的、系统的整理,更多的是根据扎实的基础知识和初级历史思维的能力。因此,要求其准确、合理、周到是符合这一条目标的具体情况的。“把历史事件、人物、观点放在特定的历史条件下进行分析和评价”,这一条要比上一条的思维力度高一些,且带有明显的学科思维特点,因此,对它的测量要求是客观性。所谓“客观性”就是要求做到对历史事件、人物或观点的分析、评价要与历史发展的具体史实、阶段性特征相结合,揭示那些历史事物的特点、作用和意义。客观性思维最能体现历史感,它是历史的形象思维和理论思维的结合点,带有较强的情感意识和情景意识,是走向辩证思维的唯一阶梯,抓住这一能力目标至关重要。从我们以往的教育学和测量的情况来看,这一能力目标是一个弱项,一则很多人不知道怎样把历史事物放在它所产生的历史条件下去考察,二则以的原则做为出发点,用后人的认识去苛求前人。上述做法的结果是,人们实际上对历史事件本身尚不甚了解就去妄加品评。做为教师,那是以其昏昏使人昭昭,做为学生则是似懂非懂,学的不是真正的历史。说到底,这是个学风问题,危害最大,必须扭转。此类范围最后一个测量目标:初步运用辩证唯物主义和历史唯物主义的基本观点分析历史现象和历史事件的本质,阐述历史发展的规律。这是对历史思维的最高要求,因此它强调的是理论性。如果说在上一个测量目标当中也含有一些理论内容的话,那主要是一些基础知识和基本方法,比如要从生产资料所有制的分析入手去考察社会制度,去评价人们的社会地位。要从社会经济生活入手去分析当时的社会意识或观点等等。相对来说是静态的。但在这一条目里,理论性的要求就是系统的、深入的、动态的,它除了要把历史事件放在特定的历史条件下考察之外,要着重分析事物本质和它的历史倾向。我们在上节中讲过,历史事物的发展是一个转化过程,理论的意义在于揭示这种转化的历史倾向,从而深刻地认识历史发展的规律。总之,强调理论性,就是要对历史事物的认识具有历史的、唯物的、辩证的思维特点。当然,我们不能要求考生去做大学问,做大文章,因此,在此条目之前冠之以“初步”的限制。“初步”的含义是:其一,基本的理论观点和方法是正确的;其二,所涉及的知识内容与理论分析是有内在联系的,有系统的;其三,其论述具有认识意义。要防止把“初步”的含义理解为仅仅懂得理论条条的做法。对号入座的做法,也就是说,不能把的理论和方法仅仅当做纯知识来传授,要化为精神和灵魂,这是进行素质教育的关键,也是考试能力要求的原则。这里顺便说一句,不能因为存在考试,我们的教育就一定是应试教育。考试是一种选拔人才的形式,和素质教育并非一定矛盾。当前我们之所以在能力要求上下很大工夫,其目的也是为了实现素质教育和选拔考试的结合,使考试这种形式更好地为素质教育服务。
第四类,文字表达。作为历史学科的文字表达与其它文科科目文字表达的要求不一样,它应该具有自己的特点。首先,它要求语言准确。这一点和其它科目的要求共性多一点,不过,历史学科要注重这其中的概念表述的准确、史实表述的准确和说明论证表述的准确。其次,要求逻辑严谨。这里,逻辑不是指行文作章的结构,而是指所述内容的内在关系。概括来说,它应该是有序的而非罗列的;还应该是完整的而非残缺的;又应该是主旨明确的而非含混的。第三,史论结合。这要求在表达上要有鲜明的观点作为立论基础,又要适量的史实作为支持,史论之间的关系是一致的,不能自相矛盾。这里需要说明,我们不会要求学生去做纯理论的论述,而是希望一种在正确理论指导下的对史实的科学分析,要把观点溶入这种分析当中去,并非一定要出现什么完整的理论阐述或理论字眼。“史论结合”做为比较典型的反映历史学科文字表达的形式,在考试测量中占有一席之地,这并不为过,再说,这一要求在题目中会有程度和范围的限制,只要理解了这一要求的基本含义,考生是能够做到的。
以上对能力要求的四个类别范围做了一个简要的说明,需要指出的是,对能力要求进行分类,其目的是基于教学者的理解和命题的操作,并不是表示在命题中以类区分试题的测试功能,比如“材料处理”就一定针对材料解析题。事实上,这四个类别构成了能力要求的整体。在试卷中,一种题型或一道题目往往含盖了两个以上或全部类别的能力要求。从测量的要求上说,题目含盖能力要求多,总比含盖少有更好的测试效果。当然,有时一张卷子需要有某些题目进行非常单一的能力测试,但这绝不是整张试卷的要求,我们最好不要把能力要求的类别条目和题型对号入座,这样会事倍功半,而需要把能力要求融会贯通起来做为分析问题、解决问题的思想方法,这样就会事半功倍。
注释:
[1]《礼记·礼运》。
[2]《史记·五帝本纪》。
[3]《礼记·学记》。
[4]《礼记·地官司徒》。
[5][6]《史记·孔子世家》。
[7][8][9]《现代教育的起源和发展》。
[10]皮锡瑞:《经学历史》。
[11]《文献通考》卷40《学校一》。
[12]《三国志·魏书·明帝纪》。
[13]《册府元龟》卷645《科目》。
[14]《文献通考》卷29《选举考二·举士序》。
[15]《唐会要》卷76《三传附三史》。
[16]《安徽教育半月刊》第66期。
[17](台湾)《清华历史教学》创刊号。
字库未存字注释:
1渠系水利用系数
1.1渠系水利用系数的影响因素
渠系水利用系数是指灌区末级固定渠道放出的总水量于渠首因进水量的比值。渠道水利用系数的影响因素是多方面的,其中主要因素为渠道的防渗措施、土壤的透水性能、输水流量和地下水水位。
(1)渠道的防渗措施
渠道防渗是减少输水损失、控制地下水位,提高渠道水利用系数的基本工程措施。目前我省渠道采取的防渗方式主要有土料防渗、混凝土防渗和膜料防渗等。根据有关资料:采用土料夯实防渗一般能减少渗漏损失量45%左右,采用混凝土衬砌防渗能减少渗漏损失量70~75%,采用塑料薄膜衬护防渗能减少渗漏损失量50~90%。掌握上述各种措施的防渗效果,对确定渠系水利用系数测定方法、分析测定结果的合理性是十分必要的。
(2)渠道土壤的透水性能
对于土渠渠道的输水损失量主要取决于渠道土壤的透水性能。土壤的透水性能主要和土壤的质地有关。根据土壤的质地可把土壤划分为砂土、壤土和粘土三类。砂土类土壤主要有粗砂和细砂组成,粉砂和粘粒所占比例很少,因此土壤颗粒粗、粘性小孔隙直径大,土壤透水性强,由此类土壤组成的渠道由于下渗损失量大,渠系水利用系数小。粘土类土壤主要由粉砂和粘粒组成,土壤质地粘重,结构紧密,虽然孔隙率较大,但孔隙直径小,土壤透水能力弱,由此类土壤组成的渠道下渗损失量小,渠系水利用系数较高。壤土类土壤质地比较均匀,其中细砂、粉砂和粘粒所占比例大体相当,颗粒粗细及孔隙直径适中,土壤透水性能介于沙土和粘土之间,因此渠道下渗损失量和渠系水利用系数亦介于以上两种土壤之间。
(3)输水流量与地下水水位
对于某一级固定渠道,输水流量愈大,流速愈快,水流传播时间较短,流量渗漏损失相对较小,渠系水利用系数大:反之,渠道输水流量愈小,流速愈慢,水流传播时间较长,流量相对渗漏损失量愈大,渠系水利用系数小。反映渠道水量损失率与输水流量之间相关关系的经验公式如下:
(1)
式中:——渠道单位长度水量损失率;
K——土壤透水性系数;
M——土壤透水性指数;
Qj——渠道净流量(m3/s)。
某灌区渠道水量损失率与输水流量的关系如表1。
表1渠道损失水量与输水流量关系表
项目
流量(m3/s)
0.5
1
5
10
损失流量(m3/s)
壤土
砂土
0.03
0.044
0.039
0.059
0.065
0.099
0.079
0.107
公里损失率(%)
壤土
砂土
6
8.8
3.9
5.9
1.3
2
0.79
1.2
灌区地下水水位的高低,直接影响渠系水利用系数的大小。当灌区地下水位较高时,地下水顶托渠系水,减少渠系水的下渗的水力梯度和储水空间,对渠系水的下渗起到抑制的作用,从而提高渠系水的利用系数。当地下水水位高于渠道水位时,地下水还会“反补”渠道水,出现渠系系数大于1的现象,根据实测资料,宝清县宝石河灌区干
渠最大渠系系数为1.05,建三江种子站灌区支渠最大渠系系数为1.10、北引乌北干渠最大渠系系数为1.57。反之,当灌区地下水位较低时,则会有利于渠系水的下渗,降低渠系水的利用系数
1.2渠系水利用系数测定的基本方法
(1)静态测定法
《节水灌溉技术规范》对此法的要求为:“应选择一段具有代表性的渠段,长度为50~100m,两端堵死,渠道中间设置水位标志,然后向渠中充水,观测该渠段内水位下降过程,根据水位的变化即可计算出损失水量和渠系水利用系数。”对具体的测定步骤和计算方法规范并未提及。笔者认为,上述方法所要求的渠道长度过短,代表性不强,且未考虑流量变化对损失率的影响,因此对于斗渠及以上各级渠道的测定不宜采用此方法。但对于渠道较短,流量较小的农渠或毛渠采用静态测定法还是合适的。渠系系数应按下列方法计算。
(2)
式中:η——渠渠系系数;
、——观测开始时和观测结束时相应水深的渠道断面面积;
L——该级渠道的平均长度;
ΔL——代表渠段的长度;
Δ——观测开始至观测结束的时间。
(3)
式中:V——渠道水的平均流速。
(2)动态测定法
根据渠道布置情况,选择中间无支流、长度满足要求的代表性渠段,观测上、下游两个断面同一时段的流量,通过量化渠道损失水量的方法推求渠道水利用系数。代表渠段渠道水利用系数用以下公式计算:
(4)
式中:——代表渠段的渠道水利用系数;
——代表渠段上、下断面的流量。
干渠、支渠、斗渠和农渠各级渠道的水利用系数η渠系用以下公式计算:
(5)
将(4)、(5)式整理合并得:
(6)
全灌区渠系水利用系数用下式
(7)
式中:——全灌区的渠系水利用系数;
、、、——干渠、支渠、斗渠、农渠各级渠道的渠系水利用系数。
1.3渠系水利用系数的测定
1.3.1代表渠段的选择
代表渠段选择应遵循如下基本原则:一是所选的典型渠道能代表整个灌区的同级渠道的平均水平,渠道的土质、防渗措施、输水流量的大小和工程完好率等指标应与全灌区该级渠道相接近。二是为减少工作量,可采取抽样测量,但测渠应有足够的数量:对于大型灌区,总干渠1条,干渠不少于2条,支渠不少于2条,斗渠不少于3条,农渠不少于4条;对于小型灌,干渠1条,支渠不少于2条,斗渠不少于2条,农渠不少于3条。三是所选的渠段要有足够的长度:流量小于1m3/s,长度不小于1km;流量小于1~10m3/s,长度不小于3km;流量小于1m3/s,长度不小于5km;流量小于10~30m3/s,长度不小于10km,在满足上述条件的前提下,代表渠段的长度尽量接近灌区同级渠道的平均长度。
1.3.2流量测验
短距离小流量状态下,推求渠系水利用系数可能产生的最大误差是流量测验误差。因此对流量测验的精度必须引起足够的重视,引起流量测验的误差,主要包括控制断面选择的误差、测流仪器本身的误差和测宽、测深、测速时产生的误差。为了减少误差,提高流量测验精度,流量测验应尽量满足下列要求。
(1)测流断面:测流断面应选择在渠道顺直,断面稳定,水流均匀,无回流或水流脉动较小的地方;当测流断面生有水草或出现淤积时应对渠道进行整治,整治长度宜大于渠道水面宽的5倍,必要时要用木板或水泥板对断面进行衬砌处理。
(2)测流仪器:干渠和支渠流量和水深条件较好,LS25-1、LS-10型等常规流速仪的测定范围即可满足测深和测速的要求,因此干渠和支渠的流量测验可选用上述常规的仪器。斗渠和支渠的水深和流速均较小,采用常规的仪器无法施测或不能保证精度,宜采用专门测量低水位、小流速的ADV等新型仪器。流速仪应选择新的或使用时间短的,若使用两台流速仪同时测流,要进行比测,作一致性修正。观测农渠流入水稻格田水量时,由于流量很小
水位变化较快,无法用流速仪测流,此时应采用V型量水堰,通过观测水位和时间的方法测量流入田间的水量。
(3)测量精度:测长和测宽最好用钢尺量测,重复三次,取平均值。测深垂线按精密水道断面要求布设,控制断面地形转折变化,水深要读到毫米。测速垂线按精测法布设,测点按三点法和五点法,测流不低于100秒,测量的流速计至小数后三位,特别小时流速可计至小数后三位。流量成果计算到小数后四位。
(4)测次安排:通过上述渠系水利用系数影响因素分析可知,对于同一代表渠段,渠道的防渗措施和土壤组成对下渗损失及渠系系数的影响是固定不变的,此时引起渠系系数产生变化的主要原因将取决于渠道的工作方式、输水流量的大小和灌区地下水水位的高低。受作物需水规律的控制和降水、回归水的影响,渠道不同时期的输水流量和地下水位,在不同的阶段都有较大的差异,因此流量的测验应贯穿整个灌溉期,根据灌溉制度选择几个代表时段分别测量,以求得整个灌溉期的平均值。
1.3.3渠系水利用系数分析计算
(1)每级渠道的平均值
将实测流量代入(6)式求得单次渠系系数计算成果,然后考虑输水流量大小对渠系系数的影响,采用流量权重系数法计算每级渠道渠系系数的平均值:
(8)
式中:η平均——每级渠道渠系系数的平均值;
Qi、Q——单次测验流量、各单次测验流量之和。
(2)渠系系数的修正
上述计算考虑了渠道长度和流量变化对渠系系数的影响,未包括地下水顶托作用对渠系系数的影响。地下水的顶托作用可以从两方面理解:一方面地下水抑制渠道水下渗,只要埋深适宜就会起到降低下渗强度、减少输水损失的作用,据有关资料,当渠道净流量达到100m3/s时,埋深为25m的地下水仍会起到顶托作用,影响渠系水的下渗,真正意义上的自由下渗并不存在,因此当地下水埋藏较深时,这一自然影响因素在计算时可不予考虑。另一方面,当渠首引水量小、地下水埋深很浅时,渠系水和地下水补排关系发生改变,形成“倒比降”,造成地下水“反补”渠系水,导致渠系系数明显偏大,甚至出现渠系系数大于1于的不合理现象时,地下水对渠系系数的影响影就必须在计算时予以考虑。在土地平整的稻田区,来自于区外的测向径流可以忽略不计,此时,补给渠道的地下水量主要来源于大气降水和进入田间的灌溉水,其中由灌溉水形成的回归水量在前期的渠道水测量中已被测到,属重复水量,在计算时应予以扣除。为此,本文水引入K1和K2两个修正系数,用来修正地下水“反补”现象对渠系系数的影响,修正方法如下:
(9)(10)
式中:η修正——修正后的渠系系数;
生育期设计灌溉定额(m3);
灌溉期有效降水量(m3);
β——回归系数,结合灌溉水利用系数测定工作,用水平衡法确定。
受条件限制无法确定回归系数时,亦可用如下方法对渠系系数进行修正:
(11)
(12)
(13)
(14)
式中:——受地下水影响的渠道单位长度水量损失率;
——考虑地下水影响的渠道渗水损失修正系数;
——地下水埋深;
——渠道净流量;
a、b、c——分别为系数和指数。
根据有关文献提供的数据,将、和与之对应代入(14)式,利用计算机采用最小二乘法对a、b、c三个参数进行率定,求得计算值的经验公式如下:
(15)
本文按上述方法计算的宝清县宝石河灌区渠系系数单次测定成果如表2。
表2宝清县宝石河灌区渠系系数计算成果
项目
Qs
(m3/s)
Qx
(m3/s)
σ
β
D
K1
K2
η代表
η平均
η修正1
η修正2
干渠
1.224
1.125
1.4
0.14
0.10
3.0
0.83
0.07
0.97
0.92
0.89
0.86
0.82
注:η修正1系由K1修正的值,η修正2系由K2修正的值。
2田间水利用系数
2.1田间水利用系数计算的基本方法
田间水利用系数净灌水定额与末级固定渠道放出的单位面积灌水量的比值。对于稻田来说,灌区灌溉水可分为水田泡田期水稻生育期两个阶段,由于泡田期和生育期水田的灌水规律和耗水方式差异很大,因此应分别测定田间水利用系数,采用水量加权的方法计算全灌区整个灌溉期的田间水利用系数。
(16)
(17)
(18)
式中:η田间、η泡田、η生育——全灌区田间水利用系数、泡田期田间水利用系数、生育期田间水利用系数;
M泡田、M生育——泡田期和生育期设计灌溉定额;
W泡田、W生育——泡田期和生育期的灌水量。
2.2参数的测定
(1)泡田期净灌溉定额
泡田期净灌溉定额可采用计算法(计算设计灌水定额)或实测法确定,本文仅介绍后一种方法。采用实测法时,泡田期的净灌溉定额按如下方法计算:(19)
式中:M泡田——泡田期的净灌溉定额(mm);
——稻田犁底层深度(m);
——稻田H2深度内土壤平均容重(t/m3);
——深度内土壤饱和含水率;
——深度内泡田开始时的土壤含水率;
——插秧时所需水层深度;(mm);
——泡田期日平均渗漏量(mm/d);
——泡田期日平均水面蒸发量(mm/d);
——泡田期天数(d);
——时段内的降水量(mm)。
1)土壤含水量的测定:在灌区中选择土地平整、田埂封闭较好的格田作为典型地块,沿水流方向布设测线,在测线的上、中、下游各选3个测点,从地表以下10cm、20cm、30cm处取土。采用称重法测定泡田开始时的土壤含水量,采用浸泡法测定饱和土壤含水量,分别进行算术平均后即可求得和。
2)泡田期日平均渗漏量的测定:待耙田结束、水层稳定后,在选择的典型格田内布设高程控制点,用带有“静水”措施的测针观读田间水层的水位变化,同时安装普通雨量计和20cm口径蒸发皿观测逐日降水量和蒸发量,然后用下列公式计算渗漏量:
(20)
式中:——前一天的水层水位(mm);
——当天的水层水位(mm);
——时段内的降水量(mm);
——20cm口径蒸发皿水面蒸发量(mm);
——20cm口径蒸发皿对E601蒸发皿的折算系数。
(2)泡田期灌水量
进入田间的水量,流量小、水位变化大,用流速仪测流不能保证精度,推荐采用V型量水堰测流,用水力学公式法计算进入田间的灌水量。具体方法是:首先对进水口进行休整,然后安装量水堰和自计水位计,观测整个灌水期的水位变化过程,最后根据水深和灌水时间计算出进入田间的灌水量W泡田。
(3)生育期净灌水定额
我省水田大都实施淹灌,整个生育期除水稻黄熟期和晒田期水层落干外,田面上始终留有一定深度的水层,在保持水层的淹灌阶段,水的消耗表现为淹灌水层的变化,从前一次灌水结束到下一次灌水开始这一阶段,稻田的水量平衡方程为:
(21)
(22)
式中:——生育期阶段净灌水定额(mm);
——日平均田间耗水量(mm);
——下一次灌水开始时田间剩余的水层深度(mm),当h4大于设计水层深h设计时取h4等于h设计;
1——前一天的水层深度(mm);
——当日的水层深度(mm);
h3——时段内的排水深度(mm);
——时段内的降水量(mm)。
由上述水量平衡方程可知,只要我们在水稻生育期选择一次(多次)完整的灌水过程(本次灌水与下一次灌水间隔时间较长),通过连续观测代表地块水深和降水量的变化(当有排水时可通过观读排水前和排水后的水深计算排水量),即可计算出生育期某一阶段的净灌水定额。我们在测定建三江农科所灌区和七星农场种子站灌区灌水定额时采用了上述方法,取得了较好的效果。
(4)生育期灌水量
田间灌水量采用水深法测定。在返青期和晒田后期,选择土地平整、田埂质量好、田间无水层的格田作为代表地块,布设2~3处水深观测点,用有防风浪措施的水深观测仪器观测灌水结束时田间的水层深度,同时记录本次灌水所需要的时间,然后用下列方法计算进入田间的水量:
(23)
式中:W生育——进入田间的灌水量(mm);
E单位——单位时间耗水量(mm/h),由E日耗换算求得;h5——灌水刚结束时田间水层深度(mm);
t3——本次灌水从开始至结束的时间(h)。
2.3田间水利用系数计算
用泡田期的净灌溉定额除以泡田期的灌水量求得泡田期的田间水利用系数,将生育期的净灌溉定额除以生育期的灌水量求得生育期的田间水利用系数,将其一并代入公式(18)后即可求得全灌溉期的田间水利用系数。按上述方法计算了七星农场种子站灌区田间水利用系数,计算结果:泡田期田间水利用系数为0.93,生育期田间水利用系数为0.96,灌区整个灌水期的田间水利用系数为0.95。
3灌溉水利用系数
灌区灌溉水利用系数的大小体现了灌区水利用效率的整体水平,其数值等于渠系系数与田间水利用系数的乘积。上述渠系系数和田间水利用系数的计算成果表明,灌区的水量损失主要来源于渠道的输水损失。因此,加强灌区的防渗工作,提高渠道的管理水平,对提高灌溉水的利用效率,促进水资源的可持续利用具有非常重的意义。本文对灌区水利用系数这一反映灌溉工程质量、灌溉技术和灌区用水水平的一项综合指标的测定方法进行了分析和探讨,方法简单实用,可操作性较强,可供有关人员在今后开展此类工作时参考。笔者水平有限,望有关专家能对文中的不足之处给予批评指正。
参考文献:
[1]中华人民共和国水利部,《节水灌溉规范》SL207-98
[2]国家质量技术质量监督局、中华人民共和国建设部,《灌溉与排水工程设计规范》GB50288-99
在这种环境下,许多公司的信息技术部门和营销部门面临同样的机遇与挑战。高层管理已经将信息技术和公司品牌视为公司的关键资产,二者现已成为最高层战略讨论的核心。但是尽管公司认识到这些核心要素的重要性,他们还是要为如何衡量二者的战略价值和各自的表现而绞尽脑汁。
随着技术管理人员介入高层关于公司品牌的战略讨论,他们开始进入一个崭新的领域。其角色已扩展到设计和运用工具、监控公司品牌战略的效率、以及评估品牌的表现,但是他们当中有许多人仍不清楚品牌的全部含义。
一个普遍的的误解是把品牌当成一个徽记、一个标签或一幅广告,其实这些只是对品牌的有形表述,属于营销部门最基础的工作。领先的全球企业认识到,品牌的内涵远不只这些。品牌是一整套期望和联想,源于对公司、产品和服务的体验,每一个喝可乐或开卡迪拉克车的人都知道这一点。
测量方法的选取
好的品牌测量方法在于能用来做实际业务决策,并可以根据所得到的信息采取行动。下面五项基本原则有助于帮助公司明确是否为它的经营战略和在市场中的定位选择了正确的测量方法。为了便于记忆,可以把这五项原则缩写为"SMART":
简单实用(Simpletouse)有用的测量方法是同搜集、分析和利用信息一样直接,关键要将测量品牌所花的时间减到最小,把使用信息的时间用足。
有意义(Meaningful)如果没有直接与公司的目标或公司与顾客各个接触点联系起来,那么,这个方法也许对提升品牌和公司的表现帮助不大。
能付诸实施(Actionable)一个测量方法的关键是要优化经理所做的决策,如果起不到这个作用,就要用其它有效的方法。
能重复使用(Repeatable)就数据收集而言,测量方法应该是可以重复使用的。如果你偏离上次的XYZ方法时,你也许不得不从头开始。要有可比性,即用苹果比苹果才可以有效地测量品牌。测量方法每年至少要评估一次或两次,将你的精力集中在"尖子中的尖子"上,而不是将投资分散在只能得到最小回报的地方。
要有接触点(Touchpoints)将测量的方法用在一些特定的群体上,虽然没有一个方法能够适合所有群体,但总有一两个方法对每个群体都重要。确定你最感兴趣的接触点,然后采用相应的测量方法。
品牌测量的类别
品牌测量通常蕴藏在两个大类之内:"战略性测量"(Strategicmetrics)和"接触点测量"(Touch-pointmetric)。"战略性测量"帮助团队评估各种品牌创建活动对品牌的总体财务表现的影响。"接触点测量"评估品牌的表现和品牌创建的主动性。当顾客访问网站或考虑购买产品和服务的时候,顾客与品牌就紧密地联系在一起。
"接触点测量"偏重于品牌表现的无形方面,每种方法都有特定的目的,并被设计成了解品牌是如何影响购买决策的。通过询问目标受众的一些具体问题可以追踪到有用的信息
品牌偏好衡量"(Brandpreferencemetrics)的真正价值体现在对市场反应的跟进。比如采访一个公司采购新电脑选什么牌子时,他们会说喜欢IBM产品,但到实际购买时,公司可能会选别的牌子。
"品牌意识和认知测量"(Brandawarenessandrecognition)常被同时用来显示整个营销组合能否有效地展示品牌的内涵。品牌认知旨在让潜在的顾客了解品牌能提供什么,以及顾客能否将品牌归类到合适的行业、产品类别和竞争优势中来。
高品牌意识和认知说明公司在传统的沟通方式上的投资可以降低一些,把资源腾出来投入到其它接触点上。"战略性测量"展现了品牌建设和管理对业务整体表现的影响,有些方法同盈亏有明显的关系,另一些方法则相对间接一点。这些测量可以用元和分来表示,或者用对盈亏有影响的指数来表示,"战略性测量"包括品牌的价格溢价(Pricepremium)和赢得顾客。
品牌的价格溢价是增加品牌收入的最好方法之一。如果一个企业的产品或服务比同类低价产品或服务多卖了100美元,这个单笔销售的价格所增加的100美元就是品牌价格溢价。
把公司与竞争对手做比较的时候,这个方法也管用。在这种情况下,主要测量品牌的价格优势或与竞争对手相比不利的方面,所获得的信息能帮助公司为强化自己的地位而制定清晰的战略性目标。
少而有针对性的测量方法对测量成功非常重要,同时,在"战略性测量"和"接触点测量"之间要保持平衡,保证将顾客从购买前到购买后的全部体验都包含了进来。"战略性测量"应该根植在公司业务测量之中,这样就能易于接受并与高层管理者联系起来。
技术所起的作用
信息技术部门无论在制定和监控新测量方法时,还是在向那些实际应用的人员提供反馈时,都起着不可估量的作用。
另外,管理层选中的测量方法应该基于公司现有的能力,技术管理人员要决定技术的基础架构能否让合适的人获得合适的信息,这些信息怎样才能得到,为了提高决策程序,如何与现有的业务数据交叉使用,以及为了保证最终的数据顺畅地传递,公司应该怎样更好地鼓励在业务中分享关键数据。
关键词:GPS电压互感器二次压降锁相倍频
随着电力系统体制改革的深化,厂网分家的模式已初步形成。发电厂上网电量及电网间电量交换的精确计量直接关系到结算双方的经济利益,因此减小电能计量装置的综合误差是十分重要的。实际测试的结果表明,电能计量综合误差中电压互感器(TV)二次加路电压降引起的计量误差最为突出,大约占电费收入的1%-2%甚至更多,电费数百万元。为减小该误差,目前普遍通过铺设测试电缆进行压降的检测,再通过电压器进行跟踪补偿。这种方法测量功能有限,而且需要铺设很长的电缆,在距离远、地形复杂的地方甚至无法进行,这类装置使用麻烦且不能实现在线监测。因而开发种测量精度高、无需铺设专用电缆、具有远程通信功能的新型电压互感器二次回路压降自动跟踪补偿及监测装置很有必要。
基于全球卫星定位系统(GPS)的电压互感器二次线路压降自动跟踪补偿装置能很好地解决以上问题。装置以GPS信号作为TV二次线路两端数据采集的同步信号,同步测量TV输出端口和电能表输入端口的电压向量,结合锁相倍频技术,使系统的准确性和稳定性得到保证;并以电力线载波通信的方式进行数据通信,免去了铺设电缆的麻烦和安全隐患;通过D/A转换实时进行电压补偿,从而达到自动跟踪补偿的目的。
1自动跟踪补偿装置的总体结构
系统结构如图1所示。
基于GPS的电压互感器二次线路压降载波式自动跟踪补偿装置由测量主机和测量从机两部分构成。主机除了测量二次仪表输入口的电压参数以外,还向从机发送控制命令并接收测量数据,计算二次线路压降,通过D/A转换输出补偿电压,通过串口与上位机通讯实现远程监控和数据共享。从机结构与主机类似,只是没有D/A补偿模块,它能与主机通讯,按主机命令对TV输出端口的电压参数进行测量,并将实时数据及时地发送到测量主机。
装置的设计主要包括以下内容:(1)基于GPS的高精度时间同步测量单元的设计:GPS系统1PPS(秒脉冲信号)及100PPS和串口时间代码的提取、同步测量电压向量及计算处理二次压降。(2)电力线载波通信模块的设计:电力线波通信线路要求具备双工通信的能力、比较稳定的相移特性,以及足够的输出功率。经过反复试验比较,在TV二次线路上采用专用的电力载波数据通信芯片LM1893设计电力载波数据通信模块,通信距离达500m,能够满足现场检测的需要。(3)D/A补偿模块的设计:在单片机计算处理后的二次压降补偿值通过D/A转换器转换成模拟量,通过功率放大器后串联迭加到二次仪表输入端口,对二次线路上的电压损失进行补偿。
2基于GPS的电压向量测量
压降测量是通过分别检测TV二次线路两端的电压向量(应检测出幅值和相位),然后将两端测量值相减从而得出线路压降值的幅值差和相位差。电压的幅值测量较易满足要求,采用一般的16bitA/D变换的方法邓可。而相位差的检测则是技术难点,本装置对相位的测量是通过锁相环电路将电网频率信号倍频,用该倍频信号作为计数器的时钟信号。每次电压过零时,计数器重新开始计数。通过读取TV二次线路两端计数值并计算差值从而得出相位差。其结构图如图2所示。计数器时钟信号由锁相倍频电路产生,电压过零检测产生的信号经过整形后作为计数器的开始计数信号,GPS的100PPS脉冲在单片机控制信号的作用下对计数器当前值进行锁存,每个周期的相位采样数据(从锁存器读)、GPS接收机1PPS脉冲在单片机控制信号的作用下对计数器当前值进行锁存,每个周期的相位采样数据(从锁存器读)、GPS接收机1PPS信号以及它的时钟标签同时被送至单片机进行处理。
由于电压互感吕二次线路压降补偿装置的设计方案要求相差测量精度为±1'''',因此将电网频率360×60倍频,计数器记录倍频后的脉冲信号就可满足相位差测量精度的要求。由此可得计算相位差的公式为:
其中,C1、C2为两端计数器的读数,f0为电网频率。由上式可知,两端计数差值就是两端的相位差。
显然,这种方法所得的结构与电网频率无关,也不必靠高稳定度的高频恒温晶振获取纳秒级时标。得到的相位值不会受到电网频率波动的影响,得出的数据准确度高,而且采用的器件对环境适应能力强,有较高的性价比,非常适合在各种工业环境下推广使用。
3GPS测量电压向量的工作程序
GPS接收机至少提供两种形式的时间信号,即1PPS(每秒输出1个脉冲)信号和串口时间代码。1PPS的脉冲时间与世界协调时间(UniversalCoordinatedTime,缩写为UCT)的秒的同步误差不超过1μs;串口信息在1PPS脉冲之间给出,其中包括的时间信息用来说明前一个1PPS脉冲对应的UCT时间(年、月、日、时、分、秒)。许多接收机产品还能提供100PPS(每秒输出100个脉冲)信号,其时钟精度可达纳秒级。在本装置中采用这三种信号同步测量电压向量。
本装置可以对每一周期的相差进行采集。为了方便计算,方案采用主从机预约时间每次采样1秒或几秒的方式测量电压向量(本文以采样1秒为例进行说明)。参见图2,主从机预约时间GPS的1PPS信号为准,单片机控制与门的开关,从而对计数器采样1秒钟(同时也对电压幅值采样1秒钟)。在单片机输出高电平的1秒钟内,100PPS信号作为于锁存器,同时单片机内部对每一个100PPS脉冲信号进行中断处理,读取计数器的锁存器锁存的值及电压幅值,送入内存中依次排列起来。等待1秒钟后,从机将采样的数据发送到主机,主机再依次对数据进行计算处理,得出这1秒钟内的二次压降值及其补偿值,分别送到上位机和补偿模块。
图3为采样子程序流程图。当单片机主程序调用它时,子程序首先读取主从机预约的采样起始时间,在约定起始时间到来时打开与门(单片机输出高电平),同时打开100PPS的中断响应,开始等待下一秒钟GPS的1PPS脉冲信号。其间,系统每个周期采样一次电压幅值和计数器值。在下一秒钟的1PPS脉冲到来时,禁止响应100PPS中断,关闭与门(单片机输出低电平),返回主程序。在不需要采样的时段里,单片机一直输出低电平。其中,Ti是主从机预约的第i个电压向量采集时间。
图4
图4为GPS信号及电网信号的时序图。由于电网频率是变化的,电压过零脉冲相对GPS的100PPS时钟的位置也是随机变化的,如图5所示。在计算相位差δ时,当100PPS脉冲发生在δ之外,就是前面已经介绍过的(如图4所示),此时|ΔC|<15°,δ=C1-C2。当100PPS脉冲发生在δ之间需要注意以下情况(相位差值正常情况下不会大于15°);
第一种情况,首端电压相位超前,此时ΔC<-15°,δ=φ1+φ2=C1-C2+360°;
第二种情况,末端电压相位超前,此时ΔC>15°,δ=-(φ1+φ2)=C1-C2+360°。
综合上述三种情况,相位差为: