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對了,我就是地球。
在銀河系中,我是太陽的第三個兒子,是充滿生命與水的藍色星球,是萬物生存的搖籃。我渾身充滿了活力,有風雨,有霜雪,有時我想舒展舒展筋骨,還會導致臺風、火山爆發(fā)、地震等等。而且我還是太陽的衛(wèi)兵,終年守護著太陽,使地球上有了四季交換的現(xiàn)象。
我養(yǎng)育了人類的祖先——猿人,他們智慧豐富,是我對他們的希望。但是,人類給我增添了許多苦惱和憂慮。
我的頭發(fā)——樹木,被人類一個勁地砍伐,而不注重栽培,使樹木越來越少,我真擔心會變成禿驢。這時沙塵機而入,吞沒糧田和城市,這是多么可怕的景象。
我的血液——水,是人類的生命之源,可是有人卻不愛惜。把工業(yè)廢水排到河里,使我得了一系列的疾病,導致生態(tài)不平衡。
我的呼吸——大氣,被工廠的煙囪冒出的滾滾黑煙,生產(chǎn)出來的縷縷廢氣,嚴重地污染了,使我呼吸道患疾。脾氣溫和的我盡管無所謂,但我那太陽老爸可是火暴脾氣,看到我這樣,他會出手。他那兩位得力助手——紫外線和紅外線,無孔不穿,對動植物有極大的威協(xié)。
什么是科教電影
科教電影是運用電影的藝術和技術手段來表現(xiàn)其科技內(nèi)容。
科教電影的表現(xiàn)力十分豐富,由于影片用于進行科技知識傳播,因而要求鏡頭嚴謹,畫面構(gòu)圖形象逼真,又要用電影技術手段真實反映自然界變化和表現(xiàn)其科技規(guī)律。所以,科教電影采用大量特殊技巧攝影,如逐格、顯微等拍攝手段,在二維畫面中壓縮時間和空間,拍出細胞裂變、細菌生成、植物和生物的生長過程,還可以表現(xiàn)時空光影及氣候影響天空下云層變化等世間無窮的變化。這些技巧攝影不但能將這些過程真實、完整地拍攝下來,而且通過各種鏡頭的運用,增加了視覺震撼力,產(chǎn)生意想不到的效果,豐富了科教電影的內(nèi)容。
數(shù)字技術流程提升畫質(zhì)
傳統(tǒng)科教電影的制作方式從前期拍攝到后期制作及發(fā)行放映,全部是使用電影膠片制作完成的,形成了一整套相應的生產(chǎn)模式和與之配套的工作流程。電影膠片的前期拍攝是用各種類型的未曝光負片,經(jīng)曝光后生成影像,拍攝的效果只有沖洗完負片后才能知道,無疑加大拍攝風險。往往完成一個電影鏡頭,需要拍攝多次。而電影膠片屬感光材料,又不能重復使用,這必然增加拍攝成本。在傳統(tǒng)后期制作過程中(以35mm膠片為參考):從拍攝負片原底到完成影片拷貝需要經(jīng)過三次印片機的光學復制,由于光學印制時散射效應,復制過程會造成畫面分辨率的損失和衰減。35mm原底圖像素材的分辨率可以達到4K左右,經(jīng)過第一次印成翻正中間片分辨率已降低到2K,再次復制得到翻底中間片分辨率為1.6K,而用翻底制作的發(fā)行放映拷貝分辨率只有1.2K了。(參見圖1)所以相對于現(xiàn)代的電影數(shù)字技術,傳統(tǒng)的電影膠片制作工藝,對畫面質(zhì)量會有一定的影響。
隨著電影數(shù)字技術的不斷完善,數(shù)字中間片改變了傳統(tǒng)的后期制作方式?,F(xiàn)代數(shù)字工作站把傳統(tǒng)制作中的膠片畫面素材、聲畫合成、動畫合成全部進行數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換,并以數(shù)據(jù)的方式進行制作。經(jīng)過調(diào)色、配光、編剪制成數(shù)字中間片,由數(shù)字中間片制作數(shù)字拷貝和膠片拷貝,由于數(shù)字制作是以數(shù)字文件格式相互傳遞,不會產(chǎn)生分辨率和圖像質(zhì)量的損失,發(fā)行放映拷貝分辨率可達到1.6K-2K,大大提高影片圖像質(zhì)量(圖2)。
三種影像拍攝技術的比較
由于電影數(shù)字技術的發(fā)展,不但帶來了后期制作工藝的改變,還給我們增加了前期拍攝方式的選擇。所以在我廠榮獲電影金雞獎的重點科普影片《變暖的地球》拍攝中,我們既使用電影膠片,同時又使用高清數(shù)字攝影機HDW-F900R和數(shù)碼單反相機佳能 EOS 5D Mark II,使影片的畫面質(zhì)量取得了很好的效果。
現(xiàn)將三種拍攝方式相互比較
圖像感應器
現(xiàn)代數(shù)字攝像機和數(shù)碼單反相機使用最多的感應器是CCD和CMOS,這是數(shù)碼單反相機和高清數(shù)字攝像機成像的核心元件。圖像感應器相當于攝影機和膠片照相機底片畫幅,尺寸越大,有效像素就越高,接收捕捉的光信號就越多,圖像的色彩和層次就會更豐富。大尺寸圖像感應器帶來更大的寬容度和動態(tài)范圍,使亮部和暗部都會保留更豐富的層次。
現(xiàn)代數(shù)字攝像機和數(shù)碼單反相機使用最多的感應器是CCD和CMOS,這是數(shù)碼單反相機和高清數(shù)字攝像機成像的核心元件。圖像感應器相當于攝影機和膠片照相機底片畫幅,尺寸越大,有效像素就越高,接收捕捉的光信號就越多,圖像的色彩和層次就會更豐富。大尺寸圖像感應器帶來更大的寬容度和動態(tài)范圍,使亮部和暗部都會保留更豐富的層次。
2 佳能EOS 5D Mark II數(shù)碼單反相機采用全畫幅CMOS圖像感應器,其成像器尺寸36×24mm,畫幅面積是電影超35mm負片畫幅面積的2倍。單張照片能達到2000萬像素,其高清視頻圖像也達到200多萬像素。
圖像記錄格式
佳能 EOS 5D Mark II數(shù)碼單反相機:采用CF高速卡記錄圖片和視頻圖像信息,其圖片采用RAW無壓縮圖像文件數(shù)據(jù)記錄格式或JPEG有限壓縮圖像文件數(shù)據(jù)記錄格式。每張圖片根據(jù)畫質(zhì)有不同設置,而其高清視頻可拍攝分辨率1920×1080的影片,記錄格式是采用了H.264的壓縮方式。由于記錄碼流低,在記錄高清視頻信號時,對CF卡記錄速度要求較高(30Mb/S)以上,如果速度低會造成畫面拖尾和丟幀現(xiàn)象。
高清數(shù)字攝影機F900R:采用的是碼率144Mbps的HDCAM磁帶記錄,而且用了與電視攝像機相同的伽瑪。電視伽瑪可以在電視上看到正常對比度和彩色的圖像,適合電視的直播和制作。不過電視伽瑪分配給高電平的資源比較少,對畫面中高亮度部分的灰度層次有所損失。
電影膠片底片拍攝完成后,經(jīng)沖洗形成電影負片,掃描成2K/10比特DPX文件,進行后期制作。
分辨率
佳能EOS 5D Markll數(shù)碼單反相機的單張圖片分辯率最高達到4k-5k(5616×3744),像素能達到2000萬。而其高清視頻分辨率理論上可達2K(1926×1080),但只有200多萬像素。這是因為照片和視頻的各自記錄格式不同,照片采用RAW或JPEG記錄格式,而視頻是采用H.264的頻間壓縮格式。電影35mm原始底片分辨率可達4k,1000多萬像素(忽略鏡頭分辨率)。索尼HDW-F900R視頻垂直分辨率是1080線,物理分辨率高達19206×1080,像素660萬。所以從理論和我們實際使用中,5D MarkⅡ單反相機圖片分辨率超過膠片35mm底片的分辨率,而其視頻的分辨率和F900R視頻分辨率還達不到膠片底片分辨率。
色彩還原
色域表示能夠再現(xiàn)色彩的范圍。色域越大,還原的色彩越接近自然界的真實色彩。因此,色域范圍大小對圖像質(zhì)量的影響表現(xiàn)在畫面色彩還原的真實程度。采用RGB三基色再現(xiàn)彩色時,三個基色坐標組成的三角形就是這三種基色所定義的色域,其用彩色標出的馬蹄形色度三角就是人眼能看到的色域。圖3是用CIE色度圖表示的彩色負片色域。
索尼HDW-F900R高清數(shù)字攝影機的色域范圍比電影負片色域范圍小,它只能支持高清電視色域。
佳能EOS 5D Mark II單反相機的色域范圍比電影負片色域范圍大,色彩更加艷麗。
寬容度
電影拍攝常用的彩色負片,以色溫劃分,可分為日光型如5246(ISO250D)和燈光型5213(ISO200T);以感光度劃分,可分為低感光度5201(ISO50D)和高感光度5218(ISO500T)。其感光性能雖有差別,但都以表現(xiàn)18%灰階的正常曝光,為光圈級數(shù)中心點0或N。每增加或減少1擋光圈,曝光量增加1倍,也就是增加了原值的2倍。圖4是彩色負片的感光性能示意圖。從圖中可以看到,其帶斜率的R/G/B三條曲線直線部分就是彩色負片的寬容度?,F(xiàn)代彩色負片寬容度大約為11-12擋光圈,要使數(shù)字攝影機的寬容度達到膠片水平,至少要有10擋光圈的寬容度,更高的標準則是12-13擋光圈的寬容度。
對于索尼HDW-F900R數(shù)字攝影機和佳能EOS 5D Mark II數(shù)碼單反相機,廠方給出技術指標寬容度都是10擋光圈,是能夠達到膠片的寬容度水平。
《變暖的地球》的拍攝應用
關鍵詞:數(shù)字地球 測繪科技 發(fā)展
引言:1993年和1994年美國先后以總統(tǒng)令的形式提出建立“國家信息基礎設施”(NII),即通稱的信息高速公路,以及“國家空間數(shù)據(jù)基礎設施”(NSDI),這是進一步推進社會信息化,搶占信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的制高點和主動權(quán)的重大戰(zhàn)略步驟,時隔5年,這一計劃的實施初見成效,刺激了美國的經(jīng)濟增長,于是去年又以美國副總統(tǒng)演講形式推出數(shù)字地球的概念和構(gòu)想,并計劃到2020年試圖達到地球信息化的最終目標,亮出了美國這一近期全球信息戰(zhàn)略的底牌。由美國政府高層出面提出的這一“數(shù)字地球”構(gòu)想引起全球各方關注,并成為學術界熱點話題。中國學者尤其在地學界也做出了積極的反應,不論從科學技術的角度還是從國家利益的角度,中國要準備迎接這一嚴峻挑戰(zhàn),已成共識。作為測繪學科,測繪行業(yè)反應更顯強烈,數(shù)字地球概念為測繪事業(yè)發(fā)展提供了新的機遇和更高層次的發(fā)展前景。這里我們想就現(xiàn)代測繪學的發(fā)展從學科的觀點稍為具體地探討一下它與數(shù)字地球的關系和在構(gòu)建數(shù)字地球中的作用。
一、測繪學的現(xiàn)展
空間技術,各類對地觀測衛(wèi)星使人類有了對地球整體進行觀察和測繪的工具,好像可以把地球擺在實驗室進行觀察研究一樣方便。由空間技術和其他相關技術,如由計算機、信息、通訊等技術發(fā)展起來的3S技術(GPS,RS,GIS)在測繪學中的不斷出現(xiàn)和應用,使測繪學從理論到手段都發(fā)生了根本的變化。測繪生產(chǎn)任務也由傳統(tǒng)的紙上或類似介質(zhì)的地圖編制、生產(chǎn)和更新發(fā)展到地理空間數(shù)據(jù)的采集、處理和管理。GPS的出現(xiàn)革新了傳統(tǒng)的定位方式;傳統(tǒng)的攝影測量數(shù)據(jù)采集技術已由遙感衛(wèi)星或數(shù)字攝影獲得的影像所代替,測繪人員在室內(nèi)借助高速高容量計算機和專用配套設備對遙感影像或信號記錄數(shù)據(jù)進行地表(甚至地殼淺層)幾何和物理信息的提取和變換,得出數(shù)字化地理信息產(chǎn)品,由此制作各類可供社會使用的專用地圖等測繪產(chǎn)品。我國960萬平方公里國土的國家基本地圖的成圖或更新周期可望從十幾年,幾十年縮短到幾年或更短,測繪業(yè)的體力勞動得到解放,生產(chǎn)力得到大的提高。
今天,光纜通訊、衛(wèi)星通訊、數(shù)字化多媒體網(wǎng)絡技術可使測繪產(chǎn)品從單一紙質(zhì)信息轉(zhuǎn)變?yōu)榇疟P和光盤等電子信息,產(chǎn)品分發(fā)可從單一郵路轉(zhuǎn)到“電路”(數(shù)字通訊和計算機網(wǎng)絡傳真),測繪產(chǎn)品的形式和服務社會的方式由于信息技術的支持發(fā)生了很大變化,實現(xiàn)了信息化的發(fā)展。
當前,隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展和經(jīng)濟所有制成份和運行體制的改革,需要開放民用國家測繪產(chǎn)品;從技術方面看,西方國家衛(wèi)星測地技術可制作全球幾乎任一地區(qū)1m分辨率(相當1∶1萬比例尺)的地圖,衛(wèi)星上的GPS又可將這種地圖納入全球參考框架和轉(zhuǎn)換為他們的國家坐標系,中、小比例尺國家地圖的保密價值已大大降低;對于軍事敏感的重力數(shù)據(jù),衛(wèi)星重力技術所發(fā)展的低階全球重力場模型已足夠用于他們的遠程戰(zhàn)略導彈發(fā)射。目前全球高階重力場模型(如EGM96)分辨率已達50km,已接近我國現(xiàn)有重力數(shù)據(jù)的分辨率,其保密價值也需要重新評估。這一形勢使絕大部份測繪產(chǎn)品可以作為普通商品服務于全社會,測繪業(yè)從單一國家事業(yè)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯鐣髁x市場經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè),這無疑為測繪學的發(fā)展注入了新的活力和擴大了發(fā)展空間,這也是一個有重要意義的歷史性轉(zhuǎn)變。
綜上所述,由于以空間技術、計算機技術、通訊技術和信息技術為支柱的測繪高新技術日新月異的迅猛發(fā)展,測繪學的理論基礎、測繪工程的技術體系、其研究領域和學科目標,正在適應新形勢的需要發(fā)生著深刻的變化,表現(xiàn)為正在以高新技術為支撐和動力,進入市場競爭求發(fā)展,測繪業(yè)已成為一項重要的信息產(chǎn)業(yè)。它的服務范圍和對象也在不斷擴大,不僅是原來的單純從控制到測圖,為國家制作基本地形圖的任務,而是擴大到國民經(jīng)濟和國防建設中與空間數(shù)據(jù)有關的各個領域。它必將隨著21世紀更加成熟的信息化社會的到來向更高層次發(fā)展,在未來數(shù)字地球的概念和技術框架中占據(jù)重要的基礎性地位。
二、數(shù)字地球和現(xiàn)代測繪學
地球上一切事件都發(fā)生在一定的空間位置,人類社會經(jīng)濟活動所需要的信息絕大部分(約80%)都與地理位置相關。中國21世紀議程62個優(yōu)先發(fā)展項目中,約有40個需要建立或應用地理信息系統(tǒng)。數(shù)字地球是利用海量地理信息(即地球空間數(shù)據(jù))對地球所做的多分辨率、3維數(shù)字化描述的整體信息模型,便于人類最大限度地實現(xiàn)信息資源的共享和合理使用,為人類認識、改造和保護地球提供一種新的手段,這里在數(shù)字地球的概念中突出顯示了地理坐標的框架作用,因此NSDI是數(shù)字地球的基礎設施,要求提供(地球)空間數(shù)據(jù)框架,包括大地測量控制框架(國家定位網(wǎng)和重力控制網(wǎng))、數(shù)字正射影像、數(shù)字高程模型、道路、水系、行政境界、公共地籍等基礎地理數(shù)據(jù)集。在此框架上加載各類地球自然信息和人類社會經(jīng)濟活動等一切所需要和感興趣的人文信息。為數(shù)字地球提供上述地球空間數(shù)據(jù)框架是測繪業(yè)本身的“專職”,但又對測繪學提出了更高層的技術要求。
NSDI要建立在NII上,要在因特網(wǎng)上運行,要求開發(fā)功能強、效率高的因特網(wǎng)GIS軟件。這表明還要大力發(fā)展測繪產(chǎn)品的計算機網(wǎng)絡技術,它的技術基礎是寬帶、高速圖形圖像網(wǎng)絡,當然其中寬帶高速問題需要國家投資在NII中解決。數(shù)字地球構(gòu)想的另一個高技術特點是虛擬現(xiàn)實模型。目前發(fā)展起來的全數(shù)字化攝影測量就能夠利用功能強大的計算機系統(tǒng)或工作站,對數(shù)字化影像進行處理,建立立體地形或地物虛擬模型。但如何將這一技術用在因特網(wǎng)上對多種測繪產(chǎn)品和普通用戶提供虛似模型甚或虛擬現(xiàn)實模型,則是要進一步研究和發(fā)展的。數(shù)字地球是對真實地球及其相關現(xiàn)象的多分辨率、統(tǒng)一性的3維數(shù)字化整體表達,這里強調(diào)了統(tǒng)一性和整體性,要求全球多源數(shù)據(jù)無縫無邊的連接和整合。從空間數(shù)據(jù)框架來說,其統(tǒng)一性和整體性是由大地測量來實現(xiàn)和給予保證的。大地測量是傳統(tǒng)測繪的基礎,對當前信息化測繪和構(gòu)建未來數(shù)字地球更是基礎的基礎,即空間數(shù)據(jù)框架的框架。它要求全球采用統(tǒng)一的參考橢球模型和相應的地心坐標參考框架(如ITRF);全球統(tǒng)一的高程基準,即統(tǒng)一定義和使用的大地水準面;全球統(tǒng)一的重力測量基準(重力基本網(wǎng));全球統(tǒng)一的地圖投影系統(tǒng)。一切原有的測繪成果,特別是國家基本地圖都要轉(zhuǎn)換到上述全球統(tǒng)一的參考系中。數(shù)字地球?qū)θ虼蟮販y量提出了更高更緊迫的要求。GPS配以少量SLR和VLBI站是各國保持和維護各自的地心參考框架的基本技術,但局部坐標到全球坐標的轉(zhuǎn)換目前還難于達到優(yōu)于米級的精度;全球高程系統(tǒng)的統(tǒng)一問題,大地測量學家經(jīng)過幾十年的研究,目前還是一個未能解決的難題,最終要通過全球重力數(shù)據(jù),特別是新一代衛(wèi)星重力計劃和衛(wèi)星海洋測高計劃在國際大地測量協(xié)會的統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)下實現(xiàn)。
海洋占全球面積的70%,海洋將是21世紀資源開發(fā)的主要競爭空間,海洋動力環(huán)境的變化(如厄爾尼諾現(xiàn)象)又是決定全球氣候變化的主要控制“閥門”。數(shù)字地球向海洋測繪提出了挑戰(zhàn)。從全球來說,目前海洋的精細測繪基本上還是空白,多波束測深技術的發(fā)展加速了各國領海海底地形的測繪,但要將陸地坐標參考框架以相近的精度擴展到海洋仍存在困難,海上GPS定位精度還低于5m;由于陸地高程基準不能用水準測量傳遞到海洋,在衛(wèi)星測高技術的支持下用某種去掉潮汐影響的平均海面作深度基準,精度可達米級,和多波束測深精度相當。但廣大的開闊深海的海底地形測繪不可能用船載測深儀完成,用衛(wèi)星測高結(jié)合重力數(shù)據(jù)(低階或中階重力場模型)反演海底地形,目前試驗精度可達10~100m。數(shù)字地球?qū)⒁蠛Q鬁y繪技術有新的突破。
測繪學由于其技術的突破已日益向相關地學領域滲透。大地測量更成為研究地球動力學(包括海洋動力甚至大氣動力)的重要技術手段,GPS監(jiān)測已能提供全球板塊運動和地殼形變精密數(shù)據(jù),可用于研究地學災害(地震、滑坡和火山爆發(fā)等)的預測;GPS已可以和VLBI相近精度和頻譜分辨率監(jiān)測地球自轉(zhuǎn)的變化,由此研究地球深部結(jié)構(gòu)和動力過程及全球變化;專題GIS也成為環(huán)境災害問題分析預測工具。數(shù)字地球最重要的功能之一是為解決21世紀人類面臨的環(huán)境和災害問題提供一個可供觀察、分析、模擬和預測的全球信息系統(tǒng),以期協(xié)調(diào)人與自然的關系。
我們贊成活數(shù)字地球或動態(tài)數(shù)字地球的提法,因為人類是生活在不斷運動變化的地球上?,F(xiàn)在在全球性的觀測中,各種對地觀測新技術已可能連續(xù)快速獲取地球表面(或淺層)隨時間變化的幾何和物理信息,了解地球上各種現(xiàn)象及其變化。因此測繪學或者說測繪業(yè)則應當利用3S技術結(jié)合合成孔經(jīng)雷達干涉技術(INSAR)以及其他新技術(如衛(wèi)星重力探測技術等)對地進行觀測,為構(gòu)建活數(shù)字地球提供描述地球動態(tài)變化的地理信息產(chǎn)品。
數(shù)字地球構(gòu)想是推動人類大踏步跨進信息社會重大戰(zhàn)略步驟,有挑戰(zhàn)也有風險。測繪是數(shù)字地球的基礎,測繪工作者也將是構(gòu)造數(shù)字地球的“尖兵”,也要求測繪學有新的發(fā)展和突破。
三、測繪學和地球空間信息學
在本文第一部分已談及測繪學在新的技術進步推動下的現(xiàn)展趨勢。從現(xiàn)代信息論的觀點看,測繪學本質(zhì)上就是一門關于地球空間信息的學科,傳統(tǒng)的測繪受地面測量技術、時空尺度和精度水平以及投入的局限,其產(chǎn)品主要是單一的地形圖和在地形圖基礎上編繪的專用地圖。它不能反映、至少不能及時反映地球表面形態(tài)的變化,特別是大范圍和全球變化。其產(chǎn)品制作周期長,已不能滿足地區(qū)經(jīng)濟和全球經(jīng)濟高速發(fā)展的多種需要。信息技術加快了人類社會的運行速度。測繪學應該是提供人類生存空間自然環(huán)境及其變化信息的學科,它的學科內(nèi)涵發(fā)生了巨大的變化,因此如何界定測繪學的含義,已是世界各國測繪工作者所關注的問題。于是從90年代開始,國際上將測繪學(Surveying and Mapping)更改為一個新詞,以準確反映學科實質(zhì),Geomatics一詞由此應運而生。隨后,有關Geomatics的提法在我國學術界,主要是地學界成為熱門話題,由于對其含義理解不同,其中文譯名也是五花八門,現(xiàn)在將它譯成“地球空間信息學”,已基本得到認同。不管人們對Geomatics的含義如何理解,但根據(jù)ISO的標準定義和國際測繪聯(lián)合會(IUSM)對“測繪學”的定義,兩者的含義是基本類同的,只不過Geomatics所涉及的地球空間信息的范圍更寬一些。Geomatics更準確地描述了測繪學在現(xiàn)代信息——通訊社會中的地位和作用,適應了現(xiàn)代社會對地球空間信息的極大需求的特點,因而發(fā)展和提高了測繪學的研究和工作領域,符合現(xiàn)代測繪學發(fā)展的實際?,F(xiàn)代測繪工程的核心技術是空間技術,包括GPS、衛(wèi)星遙感和航測,測繪的范圍擴展到整個近地空間,例如近地空間航天器的導航定位,近地空間重力場的測定,大氣層甚至電離層的信息;其支撐技術是信息技術,主要處理電磁波信息和影像信息,加之通訊、計算機網(wǎng)絡等信息技術,使地球空間信息學科的理論和技術體系比傳統(tǒng)的測繪學有了很大的發(fā)展和更新,由此,Geomatics適合于納入數(shù)字地球的理論和技術框架。
隨著數(shù)字地球構(gòu)想的實施,測繪學面臨一個歷史性的發(fā)展新機遇,傳統(tǒng)的或現(xiàn)代測繪學將以地球空間信息學的新面目立于地球科學分支學科之林,以更強的活力向前發(fā)展,前景良好。
四、建議
本文漫談了測繪學的發(fā)展及其與數(shù)字地球構(gòu)想的關系。為在21世紀加速建設我國空間數(shù)據(jù)基礎設施,發(fā)展我國的測繪學科和測繪事業(yè),以迎接“數(shù)字地球”的挑戰(zhàn),根據(jù)我國目前測繪事業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀,從一個側(cè)面(主要是大地測量方面)提出以下建議:
1.盡快統(tǒng)一我國大地定位參考框架的建設,對近年來由各個部門獨立建立的各等級GPS定位網(wǎng)進行必要的聯(lián)測和統(tǒng)一整體平差,此舉可望進一步加強國家級的大地定位框架。
2.將沿海各部門100多個驗潮站統(tǒng)一組織GPS聯(lián)測,精密確定各驗潮站水位標尺零點的大地高,填補陸海相接地帶重力測量空白。此舉為統(tǒng)一陸海大地水準面,建立海洋高程基準,研究海平面變化至關重要。
3.研究將陸地GPS定位框架向我國領海擴展的方案,著手建立我國包括海域的廣域差分GPS定位系統(tǒng)。
4.盡快完成重建我國重力基本網(wǎng),發(fā)展航空重力測量系統(tǒng),加密西部地區(qū)重力測量和GPS水準,加大力度支持對衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)的利用,為下世紀確定我國亞分米級或厘米級大地水準面作好數(shù)據(jù)儲備,建立可在因特網(wǎng)上運行的新的重力數(shù)據(jù)庫。
我們生活在地球上,地球是唯一能讓我們生存的地方。但是,由于人類的無度索取,地球的生態(tài)環(huán)境越來越惡劣。
大江大河被污染,太湖綠藻暴發(fā),沿海赤潮頻發(fā);水土流失,土地沙漠化、石漠化;大氣污染、地球變暖,海平面逐年升高,沿海城市四面楚歌;極端氣象災害頻發(fā);北方城市、鄉(xiāng)村嚴重缺水;生物多樣性受到損害,許多動、植物品種滅絕。這就是我們今天必須面對的環(huán)境。
為了扼止環(huán)境的進一步惡化,我倡議全國的中小學生們參與到以下活動中來:
1、積極參加植樹活動,在每年3月12日植樹節(jié)前后,動員父母一起去栽一棵樹,并力爭讓它存活。
2、節(jié)約自然資源,減少一次性物品的使用,控制白色污染。
3、節(jié)電節(jié)水,夏季空調(diào)溫度設定不低于26度。
4、遵循垃圾分類規(guī)則,將垃圾分類放置。
5、積極參與愛鳥護鳥和保護野生動物活動。-
關鍵詞:數(shù)字地球平臺 可視化算法 可視化技術
中圖分類號:F224 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2013)11-0054-03
1 數(shù)字地球與數(shù)字地球平臺
數(shù)字地球是一個無縫的覆蓋全球的地球信息模型。把分散的信息按照地理坐標組織起來,既能體現(xiàn)出地球上各種信息的內(nèi)在有機聯(lián)系,又便于按照地理坐標進行檢索和利用。數(shù)字地球是信息化的地球,它包括全部地球資料的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化和可視化的過程。其核心思想是利用數(shù)字化手段整體性地解決地球問題,并最大限度地利用信息資源。數(shù)字地球從數(shù)字化、數(shù)據(jù)建模、系統(tǒng)仿真、決策支持一直到虛擬現(xiàn)實,是一個開放的復雜的巨大系統(tǒng),是一個全球綜合信息的數(shù)據(jù)系統(tǒng)工程。數(shù)字地球的特點是空間性、數(shù)字性和整體性,它有自己的理論體系、技術體系、應用體系、工程體系[1]。
以Google Earth和World Wind為代表的數(shù)字地球平臺(Digital Earth Platform),是一個集地球空間數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、分析、檢索、表達、輸出為一體的服務和決策支持系統(tǒng)。數(shù)字地球平臺以多分辨率空間影像數(shù)據(jù)為基礎,以統(tǒng)一的坐標投影系統(tǒng)為框架,以開放的XML為數(shù)據(jù)交換標準,以空間數(shù)據(jù)為支撐,以三維可視化技術為手段,以分布式網(wǎng)絡為紐帶,為建立基于空間信息的各類應用提供有力的工具[2]。
2 基于數(shù)字地球平臺的數(shù)據(jù)管理
2.1 數(shù)字地球平臺的選擇
數(shù)字地球平臺一般均采用金字塔層級結(jié)構(gòu)對影像和數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)進行分級分塊。金字塔是一種多分辨率層次模型,從金字塔的底層到頂層,其分辨率越來越低,對應的層級數(shù)據(jù)量也越來越小。在地形場景的繪制時在保證顯示精度的前提下為提高渲染速度,不同的場景區(qū)域需要不同分辨率的數(shù)據(jù)。金字塔層級結(jié)構(gòu)的建立為減少數(shù)據(jù)訪問量、提高系統(tǒng)的效率及性能提供了技術上的保障。隨著影像和DEM數(shù)據(jù)量越來越大,為提高實時縮放和渲染的速度,快速獲取不同分辨率下的數(shù)據(jù),往往對原始的影像和DEM建立其金字塔層級結(jié)構(gòu)。在構(gòu)建地形金字塔的層級結(jié)構(gòu)時,首先把原始的地形數(shù)據(jù)作為金字塔的底層,即第0層,并對其進行分塊,形成第0層的層級塊矩陣。在第0層的基礎上按每2×2個像素合成一個像素的方法生成第一層,并對其進行分塊,形成第1層的層級塊矩陣。依次按照此種方法構(gòu)建整個層級的金字塔,結(jié)構(gòu)如圖1所示。
由于四叉樹結(jié)構(gòu)的生成和維護相對比較簡單,且當空間數(shù)據(jù)對象分布比較均勻時,基于四叉樹的空間索引可以獲得比較高的空間數(shù)據(jù)插入和查詢效率,因此其成為空間數(shù)據(jù)庫中常用的索引之一。在生成空間四叉樹索引結(jié)構(gòu)時需要確定工作區(qū)域的邊框坐標,即空間四叉樹的根節(jié)點??臻g對象插入空間數(shù)據(jù)庫時如果某一節(jié)點中的空間對象達到某一閾值,則需將當前節(jié)點分解成2d個子節(jié)點(其中d為空間的維數(shù))以使每個節(jié)點中包含的空間對象數(shù)小于給定的閾值。金字塔層級結(jié)構(gòu)和線性四叉樹索引方式相結(jié)合的數(shù)據(jù)組織管理方式保證了海量地形數(shù)據(jù)實時可視化,如圖2所示。
World Wind是一款采用了先進的流傳輸技術的可視化三維數(shù)字地球瀏覽器,主要面向科學研究工作者,軟件用C#編寫,調(diào)用微軟SQL Server數(shù)據(jù)庫Terrain Server實現(xiàn)地形三維的顯示;同時,World Wind也是一個開放的軟件,提供了開放的地理信息框架,允許用戶修改World Wind本身的代碼,在此基礎上進行二次開發(fā)。基于開放性的考慮,本系統(tǒng)選擇World Wind作為數(shù)字地球的開發(fā)的基礎平臺。數(shù)字地球平臺的運行界面如下圖3所示。
2.2 基于數(shù)字地球平臺的數(shù)據(jù)管理
電磁法勘探是根據(jù)地殼中各類巖石或礦體的電磁學性質(zhì)和電化學特性的差異,通過對人工或天然電場、電磁場或電化學場的空間分布規(guī)律和時間特性的觀測和研究,尋找不同類型有用礦床和解決地址問題的地球物理勘探方法。電磁法勘探法用于尋找金屬、非金屬礦床、勘查地下水資源和能源,解決某些工程地質(zhì)及深部地質(zhì)問題。電磁法勘探過程中的裝置示意圖如下圖4所示。
由上圖4可見,測試完畢后,每個測點對應得到一組一維的測試數(shù)據(jù),一條測線的測量數(shù)據(jù)可顯示為二維圖形,一個測區(qū)的數(shù)據(jù)可以生成三維圖形。
系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)管理策略為數(shù)據(jù)文件與KML(keyhole markup language,keyhole標記語言)文件相結(jié)合的方式。KML是一種采用擴展標記語言(XML)語法與格式的語言,KML使用包含名稱、屬性的標簽來確定顯示方式,數(shù)字地球平臺對于KML文件的解析就是通過解析這些標簽得來的。因此,系統(tǒng)將諸如點坐標、經(jīng)緯度及高度等屬性信息寫入KML文件;而二進制格式的數(shù)據(jù)文件保存的則是詳細測量信息,二者通過經(jīng)緯度坐標信息、測點名稱等屬性可一一對應起來。
2.3 基于數(shù)字地球平臺的測點信息管理
可見,作為空間信息支持下的GIS系統(tǒng),數(shù)字地球平臺可以有效地組織和顯示地理信息數(shù)據(jù),在此基礎上進行測區(qū)選擇與測線部署優(yōu)化,能夠監(jiān)控野外勘探施工質(zhì)量。
3 基于數(shù)字地球平臺的數(shù)據(jù)可視化
現(xiàn)有的三維可視化軟件開發(fā)包種類較多,支持的語言包括C++,Java,IDL腳本語言等,支持的開發(fā)環(huán)境比較齊全。OpenGL是較多采用的圖形庫,但它的函數(shù)功能復雜多樣,對于圖形的投影、顏色、紋理、光照等方面的設置繁瑣、編碼量大,不易短時間內(nèi)掌握。Open Inventor是一個建立在OpenGL 基礎上的對象庫,開發(fā)人員可以任意使用、修改和擴展對象庫。Open Inventor由一系列的對象模塊組成,通過利用這些對象模塊,開發(fā)人員可以花費最小的編程代價,開發(fā)出能充分利用強大的圖形硬件特性的程序。
在Windows環(huán)境下,以.NET為開發(fā)平臺,采用Open Inventor進行三維地質(zhì)數(shù)據(jù)的可視化處理可以大大簡化開發(fā)的過程,而且開發(fā)者無需過多關注圖形的優(yōu)化顯示,就可以得到極為逼真的圖形顯示效果。
克里金內(nèi)插法:為了更好地發(fā)揮Open Inventor的各項圖形模塊功能,前期對數(shù)據(jù)的處理非常重要,需要將離散、不規(guī)則的數(shù)據(jù)插值處理成規(guī)則的網(wǎng)格數(shù)據(jù)。運用圖形仿真方法,插值的過程就是建立所研究變量完整的數(shù)學模型的過程。數(shù)據(jù)場可視化常用的插值方法一般有距離加權(quán)反比法,多項式最小二乘法等。在地質(zhì)統(tǒng)計學中克里金插值方法獲得了廣泛的應用[3],從統(tǒng)計意義上來說,是從變量相關性和變異性出發(fā),在有限區(qū)域內(nèi)對區(qū)域化變量的取值進行無偏、最優(yōu)估計的一種方法;從插值角度講是對空間分布的數(shù)據(jù)求線性最優(yōu)、無偏內(nèi)插估計的一種方法,本文采用了普通克里金(Kriging)插值方法進行數(shù)據(jù)的預處理。
4 結(jié)語
數(shù)字地球平臺以高分辨衛(wèi)星影像為基礎,利用無縫拼接技術使影像連續(xù),采用高精度DEM正射校正使其空間位置準確,在此平臺上不僅可以顯示地形的構(gòu)造信息,還能夠?qū)崿F(xiàn)油氣勘探信息的集成化、可視化綜合管理與應用??梢?,作為空間信息支持的GIS系統(tǒng),數(shù)字地球平臺是地球科學研究重要組成部分和重要依托,可以有效地組織、顯示數(shù)據(jù)。可視化數(shù)據(jù)的前期處理非常重要,還需要不斷研究尋找速度快、誤差小、復雜度低且適合地質(zhì)數(shù)據(jù)特點的插值算法。
參考文獻
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【關鍵詞】羽毛球雙打;第30屆奧運會;技術分析
羽毛球具有球體小、速度快、變化多等特點,是一項老少皆宜為群眾所喜愛的運動項目。我國羽毛球運動起步晚、起點低。20世紀60年代左右一些海外的羽毛球壇的名將回歸,帶回來的先進技術,使我國羽毛球運動躍入了鼎盛時期。1985年羽毛球被列為奧林匹克運動會的正式比賽項目,而當時我國的羽毛球技術水平卻沒有相應的提高,只有李永波/田秉義組合在奧運會上取得過雙打的銅牌。在通過一系列的技術改革后,90年代后期,我國的羽毛球技術取得了相應的突破,局面又開始好轉(zhuǎn),特別是男子雙打項目,取得了較大的突破。其中以蔡、傅海峰兩人搭配尤為出色。
一、研究對象與方法
(一)研究對象
第30屆倫敦奧運會羽毛球男子雙決賽我國運動員蔡/傅海峰與丹麥運動員瑪?shù)賮喫?鮑伊/卡斯滕?摩根森的比賽。
(二)研究方法
采用文獻資料法、錄像觀察法和分段指標評估法。
二、結(jié)果與分析
(一)兩隊選手的配置
蔡網(wǎng)前技術細膩精湛,可以為同伴制造進攻機會;左手持拍,身高183cm且彈跳出色。傅海峰的后場攻擊相當?shù)木哂袣ΓM攻速度非??欤麄z的技術特點相配合簡直就是天作之合?,?shù)賮喫?鮑伊心里素質(zhì)好,網(wǎng)前技術細膩嫻熟,多負責網(wǎng)前區(qū)域;卡斯滕?摩根森彈跳和力量驚人,后場的進攻能力強,一般負責后場進攻。雙方都配置一名網(wǎng)前技術好和后場進攻強的選手,這樣的配置相當合理。
(二)比賽雙方情況統(tǒng)計
這場比賽中國隊發(fā)揮的相當?shù)牟诲e,最后以2比0的絕對性優(yōu)勢取得奧運會的羽毛球男雙的冠軍,兩局比賽的比分分別是21比16,21比15。具體的得分構(gòu)成見表1:
表1 比賽得分情況表
發(fā)球得分 發(fā)球失誤 相持得分
第1局 第2局 第1局 第2局 第1局 第2局
中國隊 2 1 0 2 15 14
丹麥隊 1 0 0 1 15 10
從表1中可以得出,中國隊和丹麥隊之間的發(fā)球階段的差距不是很大,發(fā)球的成功率和穩(wěn)定性都比較高,幾乎沒有出現(xiàn)失誤。在整場比賽中的相持階段,中國隊有明顯的優(yōu)勢,從比賽一開始就占據(jù)主動權(quán),隨著多拍回合的增加,這種優(yōu)勢變得更加的明顯,最后導致丹麥隊自己失誤連連。在第一局的時候中國隊在相持階段連續(xù)失分的情況比較嚴重,主要是中國選手對球的落點的判斷不準確,而丹麥隊也犯同樣的錯誤,以致于輸?shù)舻谝痪直荣悺V袊犜诘诙值南喑蛛A段發(fā)揮出正常水平,以21比15拿下了這一局,從而以2比0的比分贏了丹麥隊,摘取了本次奧運會羽毛球男雙的金牌,實現(xiàn)了我國羽毛球雙打在奧匹克運動會比賽中的金牌夢。
(三)比賽雙方發(fā)球、接發(fā)球的技術比較
在羽毛球比賽中技術含金量最高的是發(fā)球和接發(fā)搶攻,其中發(fā)球?qū)Ρ荣愝斱A的影響雙打項目遠大于單打項目。發(fā)球和接發(fā)球也是最容易出現(xiàn)失誤的階段。不管是雙打項目還是單打項目,發(fā)球、接發(fā)球都是整場比賽的取勝關鍵。發(fā)球搶攻和接發(fā)球搶攻都是比賽中重要的技戰(zhàn)術手段。發(fā)球的方法有很多種,可以根據(jù)球的落點、球的速度以及球的運行路線,發(fā)出不同的球。運用不同的發(fā)球方式,讓對方猜不出你出球路線和意圖,以取得前幾拍的主動。接發(fā)球搶攻是最容易得分的技術環(huán)節(jié),同時也是最具有威脅的一種戰(zhàn)術。但是,前提就是對方選手的發(fā)球效果不是很好的時候。從表1中統(tǒng)計的數(shù)據(jù)中得出雙方發(fā)球得分和失誤的情況不分伯仲,而且從發(fā)球的技術含量和效果上可以看出,我國選手和丹麥隊選手的發(fā)球技術不分伯仲,詳情見表2:
表2 第30屆倫敦奧運會羽毛球男子雙打決賽中第3拍、
接發(fā)球效果比較表
第3拍主動 接發(fā)球主動
第1局 第2局 第1局 第2局
中國隊 1 0 0 3
丹麥隊 1 1 1 2
第3拍是指發(fā)球方發(fā)球后的下一次擊球,第3拍在雙打的技術中既是重要的技術,又是重要的戰(zhàn)術。第3拍主動就是要做到移動速度要快,判斷路線要準確,主動要跟得上,被動要救得起,即能進攻又能防守,球的路線變化多,使對方選手封不住網(wǎng),從而創(chuàng)造出更多的進攻機會;接發(fā)球主動是指發(fā)球撲殺、殺球或網(wǎng)前放小球的主動,從比賽錄像中可以看出來,雙方選手對于對方的發(fā)球和接發(fā)球搶攻都做好了相當充分的準備,盡量避開不應該出現(xiàn)的低級錯誤。雙方選手對于對方的發(fā)球節(jié)奏、時機和球的路線都比較熟悉。
(四)兩隊在相持過程中處理球的技術比較
羽毛球雙打比賽相持過程中網(wǎng)前控球和網(wǎng)前反控制球,也是一個重要的技術環(huán)節(jié),是比賽中的最激烈、最具看點的環(huán)節(jié)??刂魄蚝头纯刂魄蛞话愣际窃诰W(wǎng)前區(qū)域進行的,運用一系列的網(wǎng)前技術,控制球的進攻權(quán),使得對方不得不低球網(wǎng)回球、挑高球或失誤,從而直接得分或給同伴制造機會。本場比賽中兩隊網(wǎng)前球處理對比的情況如表3:
表3 本場比賽中網(wǎng)前球處理情況表
網(wǎng)前失誤數(shù) 封網(wǎng)得分 被挑球失誤球
第1局 第2局 第1局 第2局 第1局 第2局
中國隊 3 3 3 2 5 1
丹麥隊 5 7 2 1 6 2
從錄像和表3的數(shù)據(jù)統(tǒng)計中可以得出我國運動員基本掌握了這場比賽的節(jié)奏。我國快速、兇狠、準確、靈活的羽毛球技術風格被他們發(fā)揮的淋淋盡致。在一場比賽中掌握了比賽節(jié)奏基本上就等于贏得了這場比賽。從錄像和表3的數(shù)據(jù)統(tǒng)計中分析出,丹麥隊選手的網(wǎng)前球失誤較多,說明丹麥隊選手的網(wǎng)前技術還有待提高。中國隊選手在網(wǎng)前的防守中也出現(xiàn)一些紕漏,應當提高一下網(wǎng)前防守技術,避免漏球情況的出現(xiàn)。中國隊在相持階段中蔡與傅海峰的配合相當?shù)哪酰饩W(wǎng)相當?shù)姆e極,站位也相當?shù)牡轿弧T跉鈩萆辖o了丹麥隊選手相當大的壓力。在賽場上網(wǎng)前球的掌控一直是共同搶奪的重難點,通過對網(wǎng)前球的掌控,使對手在低于球網(wǎng)的位置處理球,加大對手處理球的難度,給予本隊后方隊員進攻得分制造機會。蔡在處理網(wǎng)前球的技術和意識在中國的羽毛球選手中處于領先地位。
三、結(jié)論與建議
(一)結(jié)論
1.本次奧運會羽毛球男雙決賽中,我國選手蔡/傅海峰的發(fā)球和接發(fā)球搶攻的技術發(fā)揮的相當不錯,略勝于丹麥隊瑪?shù)賮喫?鮑伊/卡斯滕?摩根森。進攻主動基本掌握在自己手中,發(fā)球的節(jié)奏相當?shù)睦硐?,但是發(fā)球節(jié)奏上的變化較少。第3拍的預判和主動進攻能力上也很不錯。
2.在相持球階段,蔡/傅海峰網(wǎng)前球的處理、接殺球、殺球和進攻等網(wǎng)前控制與反控制球明顯強于丹麥隊選手瑪?shù)賮喫?鮑伊/卡斯滕?摩根森。
3.我國的雙打選手在發(fā)球環(huán)節(jié)節(jié)奏分明,快慢和路線把握得很到位。破壞對方第3拍的節(jié)奏和意圖,這一點做的很好,取得了相持過程中的主動,讓對方選手措手不及。
(二)建議
1.我國雙打選手在比賽的相持過程中一定要保持網(wǎng)前球處理技術過硬,其次就是判斷對方的球的進攻路線,球的落點,在強行封網(wǎng)的技術和能力上還需要進一步的加強,從而把相持轉(zhuǎn)化為進攻,創(chuàng)造更多的進攻權(quán)利。加大對相持階段技術運用的訓練力度,有意識的加強其反手攻擊能力。
2.我國選手在相持階段的進攻和防守技術上的轉(zhuǎn)換還應該加強,積極避免對方的封殺,導致失分。要把握主動的進攻權(quán)力。
3.繼續(xù)加強發(fā)球、發(fā)球搶攻和接發(fā)球搶攻的意識練習,盡量避免發(fā)球與接發(fā)球搶攻階段的失誤。
4.在發(fā)揮已有的技術水平的基礎上,進一步加強主動進攻出擊意識,即使在相持階段也應該爭搶先進攻和搶先變線贏得主動。還有使用特殊的擊球加大對方還擊球的難度。如:貼網(wǎng)的搓球緊貼對方球網(wǎng)翻滾落向地面;擊出的球直接奔向?qū)Ψ降纳眢w讓對方運動員做不出還擊動作。
參考文獻
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【關鍵詞】:地表水廠、自動控制系統(tǒng)、工藝條件、技術要求。
中圖分類號: TU991.6 文獻標識碼: A 文章編號:
水廠在生產(chǎn)過程中采用自動化控制技術,可解放生產(chǎn)力,提高生產(chǎn)效率,是城市供水技術的根本性變革。國內(nèi)從20世紀90年代以來設計建造的大中型水廠基本采用自控技術控制生產(chǎn)過程。
浙江平陽水頭水廠設計總供水量Q=5萬m3/d,水源為順溪水庫,凈水工藝流程如圖1所示。整個生產(chǎn)過程采用自動控制。
水廠自動控制系統(tǒng)由一個中央數(shù)據(jù)處理總站(PDS)和3個PLC控制分站及各類檢測儀表系統(tǒng)組成。加藥間及絮凝沉淀池1號PLC站;氣水反沖洗濾池及加氯問2號PLC站;送水泵房3號PLC站和中央PDS站??刂葡到y(tǒng)可實現(xiàn)2級控制:即單元PLC站獨直控制和PDS站水廠中央控制室集中控制。在PDS中控室留有串行接口,可通過無線傳送數(shù)據(jù),進行全廠供水調(diào)度。同級PLC站之間能夠相互交換數(shù)據(jù),但不能相互控制。各個PLC站具有完整的數(shù)據(jù)采集、控制、存儲、處理、顯示及事故報警功能。中央PDS系統(tǒng)具有與各PLC站聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)采集、控制、存儲、處理、顯示及事故報警功能。中央控制室設有生產(chǎn)管理和監(jiān)控計算機、打印機。計算機實時采集生產(chǎn)數(shù)據(jù),形成PLC工業(yè)控制網(wǎng)。監(jiān)控計算機可顯示各PLC站的儀表、機電、加藥、加氯設備、沉淀池、濾池模擬畫面,可對系統(tǒng)的所有設備進行遠程操作和控制,并可顯示工藝布置圖、實時動態(tài)參數(shù)、設備的工作狀態(tài)、實時/歷史報警信號、在線儀表的實時/歷史趨勢曲線、水泵機組運行時間等功能,同時可進行設定參數(shù)的修改,編制和打印生產(chǎn)管理報表。管理計算機用于采集和儲存監(jiān)控汁算機檢測的主要數(shù)據(jù),便于生產(chǎn)管理。
1.加藥間、絮凝沉淀池1號PLC站
1.1自動加藥系統(tǒng)
自動加藥系統(tǒng)的主要設備是流動電流監(jiān)控儀、計量泵及其配帶的變頻調(diào)速裝置。加藥間按Q=5萬m3/d設計,1臺流動電流監(jiān)控儀和2臺隔膜式計量泵。
加藥的自動控制為前饋控制。根據(jù)測定混合后水中的流動電流值與設定值相比較.并以此作為控制藥劑投加量大小的依據(jù)。前饋水樣取樣口設在加藥后經(jīng)過快速充分混合處,即管式靜態(tài)混合器與絮凝沉淀池進口之間的管道上。前饋控制的流動電流設定值根據(jù)水廠試驗的測定值,設定值要求可調(diào)節(jié)。藥液投加量的調(diào)節(jié)由配有變頻調(diào)速裝置的計量泵實現(xiàn),投藥點在管式靜態(tài)混合器的進水端,2臺計量泵輪流使用。
加藥量由SCD儀控制。正常情況時SCD儀控制器直接控制變頻調(diào)速裝置調(diào)節(jié)加藥量。若SCD儀故障,則通過1號PLC控制。
加藥間溶液池共3格,每格池均裝設超聲波液位計,要求第1格液位降至一半時,第2格充滿,第3格調(diào)制備用。工作中的溶液池液位降至設定下限值(-1.0m)時,加藥計量泵應自動切換到另一格池工作。
該站系統(tǒng)具有對源水流量、濁度、pH值及SCD儀的流動電流值、2臺汁量泵的投加量、3格溶液池的液位均能實現(xiàn)實時監(jiān)測。
當工作的溶液池液位低于設定下限(-1.0m)時,另一格池未充滿(達到0.85m),要求報警。溶液池液位低于設定下限值而切換不了、運行中的計量泵吸不到藥液、計量泵阻尼器壓力下降或上升超過沒定的下限或上限值以及計量泵吸液管上電動球閥故障等,除自動切換備用計量泵工作外,均應報警。報警要求同1號PLC站。
1.2絮凝沉淀池
絮凝沉淀池為柵條絮凝池分為2組,每組水量Q=2.5萬m3/d獨運行。每組絮凝池沒有6根排泥管,每組沉淀池安裝有一臺桁架泵吸式刮泥機和一套超聲波泥位汁,泥位汁安裝在沉淀池進水端。刮泥機根據(jù)泥位計測出的泥位自動控制運行,刮泥機只能停留存沉淀池的進水端。當泥位達到設定積泥高度(0.60m)或絮凝沉淀池連續(xù)不排泥時間超過12~24h時(該值可調(diào)),開始排泥。排泥方式為:絮凝池6個氣動排泥閥按編號輪流排泥,每個排l~2min(該值可調(diào)),間隔0.5min;沉淀池刮泥機沿沉淀池全程運行一次,始、終點均為沉淀池進水端。每組排泥系統(tǒng)不可同時工作,如同時達到設定值時則一組排泥,另一組隨機等待。
該站系統(tǒng)能提供以下數(shù)據(jù):刮泥機的運行工況及累計運行時數(shù),絮凝池氣動排泥閥的運行工況,沉淀池出水濁度(NTU)、pH值,電氣設備的參數(shù)。
當刮泥機桁車故障(不能按設定行程運行和停止),刮泥機排泥泵故障,沉淀池泥位超限(Hh>0.6m),絮凝沉淀池連續(xù)不排泥超時,絮凝池排泥閥故障及電氣設備故障,應報警。報警要求同1號PLC站。
2.氣水反沖洗濾池、加氯間2號PLC站
2.1氣水反沖洗濾池
該工程采用氣水反沖洗濾池,共10格,雙排布置,中間管廊,反沖洗泵房沒于濾池中部。濾池自動控制系統(tǒng)包括過濾自動控制、自動反沖洗控制和空壓機站自動運行控制。
濾池要求達到恒水位恒速過濾自動控制,該目標通過超聲波液位計實時監(jiān)測水位變化,根據(jù)水位變化控制濾池清水出水閥開度,調(diào)節(jié)出水量從而調(diào)節(jié)濾池水位高度在微小的范圍變化實現(xiàn)。
濾池反沖洗采用氣沖、氣水聯(lián)合沖洗、單獨水漂洗3個階段。濾池滿足以下任一條件即進行反沖洗:單格濾池水頭損失達1.8m(可調(diào));連續(xù)運行時間超過48h(可調(diào));在清水閥全開的狀態(tài)下,池內(nèi)水位超過最高控制水位(標高3.20m);根據(jù)運行需要進行某格或逐格濾池強制沖洗。一次只允許一格濾池反沖洗,當幾格濾池同時達到反沖洗條件時,按先后秩序等候。每兩格濾池沖洗間隔10min。
①反沖洗時閥門啟閉程序。關閉濾池進水閥,延時l~1.5min,打開排水閥,關閉濾池出水閥:打開鼓風機出風閥,打開鼓風機,打開濾池進氣閥進行氣沖,氣沖歷時3min(可調(diào));啟動反沖洗水泵,依次打開反沖洗泵出水閥,濾池反沖洗進水閥(氣沖閥門不關,繼續(xù)進氣),進行氣水聯(lián)合反沖洗,歷時4min(可調(diào)):關閉鼓風機、關閉濾池反沖洗進氣閥,單獨進行水漂洗,歷時4min(可調(diào));依次關閉濾池反沖洗進水閥、反沖洗水泵出水閥、反沖洗水泵,關閉濾池反沖洗排水閥:打開濾池進水閥,打開濾池清水出水閥;打開濾池進氣管上DN50電磁閥,釋放殘余空氣,時間約10s。
②空壓機站自動運行控制。該工程濾池及絮凝沉淀池排泥閥均采用氣動閥,氣源由設在濾池旁的空壓機站提供??諌簷C站壓縮空氣儲氣罐的氣壓需要穩(wěn)定在一定的壓力范圍內(nèi)以保證氣動閥的正常丁作。當儲氣罐的壓力低于最低壓力時,自動啟動空壓機工作,儲氣罐的壓力達到設定壓力時,自動關閉空壓機。
濾池沖洗水泵、鼓風機要求均能定時輪流運行,空壓機能自動輪換開停,使設備工作時間均勻。
③數(shù)據(jù)采集及報警要求。該站能提供的參數(shù)為:各格濾池水頭損失、過濾時間、濾池水位高度:各格濾池氣動閥開閉狀態(tài),清水出水閥開啟度:沖洗水泵運行工況(包括沖洗水泵壓水管上氣動蝶閥開閉狀態(tài)),并累積計時;鼓風機運行工況并累積計時:空壓機運行工況并累積計時:電氣參數(shù)。
系統(tǒng)出現(xiàn)下列故障應能報警:沖洗水泵故障(包括沖洗水泵壓水管上氣動蝶閥故障);鼓風機故障(包括其閥門故障);空壓機故障;各格濾池氣動閥故障:濾池反沖洗工藝參數(shù)控制值(水頭損失、最高限制水位及運行時間)超值;清水池水位超限(3.3m)報警,并關閉濾池清水出水閥;電氣參數(shù)超限報警。報警要求同l號PLC站。
2.2加氯系統(tǒng)
采用濾前濾后二次加氯,投加點分別設在引水管上和氣水反沖洗濾池與清水池之間管道上。加氯系統(tǒng)采用復合環(huán)路控制,即濾池出水流量配比和余氯反饋控制。清水池進水流量信號由設在其進水管上的電磁流量計提供,余氯反饋取樣點設于加氯點后管徑處。復合環(huán)路控制器在失去余氯反饋信號時自動降為流量配比控制。
系統(tǒng)設4kg/h3臺加氯機,2用1備,輪換使用,每臺加氯機運行一段時間后能自動切換;運行中的加氯機出現(xiàn)故障也應能自動切換。兩組氣源,1用l備,工作氣源用完氯瓶壓力下降至設定值時,停止其工作并能自動切換到備用氣源繼續(xù)工作。
該站能提供的參數(shù)為:加氯機運行工況,并累積計時;兩組氯瓶的自動切換信號;出廠水余氯量設定值與實測值;加氯點后取樣點的余氯量;每小時加氯量。
系統(tǒng)出現(xiàn)下列故障應能報警:運行中的加氯機出現(xiàn)故障,自動切換備用機投入運行,同時報警:如切換不了亦報警;工作氣源用完時,自動切換備用氣源投入運行,同時報警;如切換不了亦報警;氯瓶問或加氯間空氣中的氯氣含量超過設定值報警;出廠水余氯與設定值相比,超出或小足均應報警(以20%為準)。
3.送水泵房3號PLC站
送水泵房4臺水泵,最大運行工況為2用2備。清水池水位在1.0m以下時2臺水泵運行;清水池水位降至0.5m時停止水泵運行;出廠水管道壓力突然大幅度下降時,停止水泵運行;4臺水泵要求能夠均勻輪換運行。
該站能提供下列參數(shù):出廠水流量瞬時值和累計值,出廠水壓力、濁度、余氯、pH值,要求實時監(jiān)測并能記錄儲存;水泵機組的運行工況(開、停臺數(shù)),并累計臺時數(shù);清水池水位;水泵機組運行的電氣參數(shù);高低壓開關柜的電氣參數(shù)。
系統(tǒng)出現(xiàn)下列故障報警:出廠水壓力低于設定值,濁度超過設定值(設定值為1NTU),游離余氯超過設定值(設定值為O.6~0.8mg/L);水泵機組不能按程序自動開、停;電氣設備故障。報警要求同1號PLC站。
4.結(jié)語
水頭自來水廠從2008年投產(chǎn),幾年來生產(chǎn)運行實踐表明,采用自動控制,加強了各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的合理運行,降低能耗,減少藥耗,降低生產(chǎn)成本。水廠自動控制系統(tǒng)運行良好,出水水質(zhì)均達到國家標準。
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大家好!我來自中國,是中國通用的貨幣.
現(xiàn)在,我可是中國的大牌明星,我的粉絲有十幾億,他們可以為我出生入死,勇往直前。我被粉絲們捧得大紅大紫,通行華夏。人們?yōu)榱说玫轿?可以不惜一切的去付出,不顧一切的去犧牲。可以這么說,為了我,他們總會赴湯蹈火。還編出了“有我能使鬼推磨,有我能使磨推鬼”來不斷提升我的價值.使我每天都在一種自豪、快樂中度過。我覺得我是九洲中最幸福的一個物。
可是,好景不長,接下來發(fā)生的一系列事情,使我驚訝不已,痛苦萬分。先是小鳥公主向我發(fā)來痛斥信,說是因為我,因為利益,人們毀了它們得到家園,請我自重。接著,動物王國向我送來挑戰(zhàn)書,說是因為我,使它們失去快樂,失去了家園,.請我馬上讓人停止行動,保護它們的家園,否則就發(fā)動進攻。
隨著時間的流逝,一封封挑戰(zhàn)書、痛斥信直面撲來.我每看完一封信,都驚痛不已。我覺得自己就是啞巴吃黃連----有口說不出。更讓我沒有想到的是人類的和平大使,人類進步天使等也發(fā)來聯(lián)名信,說自從有了我,人們懂得了利益,變得更加自私,請我馬上勸告人們?nèi)f事以大局為重。我看后,頓覺山崩地裂,心像霜打了一樣,我不明白他們?yōu)槭裁窗衙^指向我???我的心在深思……
最后,就連地球媽媽也發(fā)來請求信,說因為利益,因為我,人們大肆向空中排放有毒氣體,空氣遭到污染,任意毀壞自然,使很多孩子失去了家園。地球媽媽請求我?guī)椭?使地球重新恢復原貌,完成她當母親的心愿。