观测站设计范文

观测站设计范文（精选12篇）

观测站设计 第1篇

关键词：地表移动观测站,建站设计,设计原则,观测站的设置

煤矿地下采掘活动, 不仅破坏矿区生态环境, 而且对地表及其村庄建筑物造成严重损害, 影响工农关系和农村的稳定工作, 同时给煤炭企业带来巨大的经济赔偿负担, 也影响到矿区乃至社会工农业生产和可持续发展。为最大限度的解放“三下”采煤, 提高资源回收率, 控制地表沉陷, 同时最大限度的保护地表村庄建筑物, 保证矿井安全、合理的开采煤炭资源和合理的留设保护煤柱, 需要开展岩层与地表移动规律的研究。建立地表移动观测站进行地表移动规律和岩移参数的研究是进行“三下”采煤的必备基础, 因此, 在鹤煤八矿建立大采深厚冲层下开采地表移动变形观测站, 研究地表移动变形规律, 获得矿区岩移参数, 对指导该矿区今后的“三下”压煤开采具有重要的理论和实际意义。本文针对即将回采的3103工作面, 介绍3103工作面地表移动观测站的建站设计。

1 测区概况

3103工作面位于鹤煤八矿井田南部, 设计走向长度为1048 m, 倾斜长133 m, 3103工作面东部为未开采区, 西部为3101工作面, 南部为F35断层, 北部为13F6断层, 工作面可采煤层为石炭~二叠系三西组二1煤层, 平均煤厚6 m, 煤层倾角为25°工作面标高-440~-520m。3103工作面地表上方和附近有西扒厂村、矿区铁路以及鹤浚公路。

2 地表移动观测站设计

2.1 观测站设计原则

观测站是指在开采进行之前, 在开采影响范围内的地表或其它研究对象上, 按照一定要求设置的一系列相互联系的观测点。在采动过程中, 根据要求定期地对这些观测点进行监测, 以确定它们的空间位置及其相对位置的变化, 从而掌握地表移动和变形的规律。所以, 观测站的设计原则可归结如下几点。

(1) 观测线设计在移动盆地的主断面上。

(2) 观测线的长度应大于移动盆地的范围。

(3) 观测期间尽量不受临近采区的影响。

(4) 观测线上应根据采深和设计的目的布置一定密度的测点。

(5) 观测线的控制点应在移动盆地范围之外埋设牢固, 在冻土区控制点的底面应在冻土线0.5 m以下。

2.2 地表移动观测站的设置

2.2.1 设置时间

在工作面开始回采之前, 或者是工作面已开始回采, 但至观测线还有一定的距离, 并且移动尚未涉及到设站地区地表时, 就应该将设计好的观测站标定在实地上。其方法是在观测站设计平面图上, 根据设计的测点间距, 利用观测点附近的矿区控制点确定各观测线及观测线上各测点的平面位置, 并对各测点进行编号。如果矿区控制点离观测站较远, 则需在观测站地区进行插点, 也可以利用其它控制点或图根点标定观测点。观测站测点应该在开采前10天左右进行布置为宜。

2.2.2 设站要求

观测站的控制点和工作测点一般用预制混凝土桩埋设或用混凝土灌注。设计测点的构造及其埋设方法有以下几点。

测点构造为带钢筋的梯形混凝土桩, 长600 mm, 顶部截面积为100100 mm2的正方形, 底部截面积为200200 mm2的正方形。在预制混凝土标志桩时, 在其上端内镶入长约10~20 cm、直径10 mm左右的钢筋, 在钢筋顶部刻十字丝或钻小孔, 钢筋露出混凝土桩10 mm, 作为测点标志的中心。

埋设测点时, 在标定位置上挖一个直径约0.2~0.3 m、深度约0.6 m的土坑, 预制好后统一埋设, 将混凝土桩先立坑中, 水泥桩露出地面100 mm, 然后填土或混凝土使其牢固, 每个桩要注明测点号。控制点和观测点标志桩及埋设方法如图1所示。

在观测线附近不受采动影响的区域布置相互通视的2个观测站控制点, 其位置的选择既要考虑便于与各观测测点联测, 又要使其在观测期间能可靠保存。由于观测站控制点和工作测点的服务年限一般较长 (至地表移动结束) , 所以对测点的要求有以下几点。

(1) 便于观测高程和丈量距离, 若标志标志露出地表不会被破坏时, 用露出式测点比较方便。

(2) 在观测期间能可靠保存, 并和地面牢固结合, 埋冻土线以下, 底部最好最好垫石子, 夯实夯牢。

(3) 工作测点尽量埋在同一方向线上以便简化观测和计算。

(4) 对控制点和工作测点制定可靠的保护措施, 避免外界对其破坏。

3 结语

鹤煤八矿建立大采深厚冲层下开采地表移动变形观测站, 研究地表移动变形规律, 获得矿区岩移参数, 对指导该矿区今后的“三下”压煤开采具有重要的理论和实际意义, 为最大限度的解放“三下”采煤, 提高资源回收率, 控制地表沉陷, 同时最大限度的保护地表村庄建筑物, 保证矿井安全、合理的开采煤炭资源和合理的留设保护煤柱提供了有力的技术保障, 能够为矿井创造了巨大的经济效益, 具有很好的推广应用价值。

参考文献

[1]赵建红, 郭志磊.地表移动观测站设计[J].煤炭技术, 2010, 4.

云的观测教学设计 第2篇

【教学目标】

1.能够根据云量的多少，把天气分为晴天、多云和阴天；知道云在天空中是会变化的，不同的云预示着不同天气的来临。

2、用图示法说明云的种类，能根据云的高度和形状给云分类。【教学重难点】 重点：

根据云量的多少，天气可分为晴天、多云和阴天；根据云的高度和形状给云分类。难点：

能根据云的高度和形状给云分类。教学准备：

PPT、直径约30CM的圆片白纸 教学过程：

一、导入

教师：通过上几节课的学习，我们已经了解了天气现象并记录了天气日历，那么今天是个什么样的天气呢？生答：……

教师：很好，大家都知道今天是什么天气，那么天空中有什么东西出现呢？ 生答：云

二、观察云

1、教师板书“云”字，问：看到这个字，回忆自己看到过的云，你们能联想到什么？（生答，然后出示PPT）教师：云是怎样形成的呢？ 你能不能猜测一下？指名学生回答。（出示课件小结云的组成）

教师：在前面学习天气日历中，我们已经使用了晴天、多云、阴天等来描述和记录对云量的观察，那么，根据云量的多少我们能不能知道不同的天气状况是怎么来划分的呢？

师介绍方法：气象学家是这么划分晴天、多云、阴天的（出示PPT）。

出示圆片，把天空当成一个圆，平均分成4份，把看到的云量填充到这个圆里，按照云在天空中所占的多少进行区分。

2、学以致用：学生根据理解判断云的类型。（课件出示云的图片）

三、对云的分类 教师：刚才同学们已经根据云量的多少对天气状况进行了划分，我们来看一看科学家把云分成了几类吧。

学以致用：出示课件云的图片，学生判断云的类型。最后提问：现在你能说说气象学家是根据什么对云进行分类的吗？ 学生回答。

教师引导学生说明云在天空中是会变化的，不同的云预示着不同天气的来临。附：

板书设计

《超光速现象观测》的实验设计 第3篇

关键词：超光速；观测；实验设计

1 实验原理

1.1 对麦克斯韦方程组的正确解读——光速相对不变原理

通过电动力学我们知道，电场与磁场相对运动会产生电磁波，并向外辐射。电磁波的速度与电场或磁场的运动速度无关。与其它物体的运动速度无关。然而电磁波之所以会产生，电场与磁场缺一不可，亦即电场与磁场此时应当作为一个系统或说一个物体对待，其“静止”参考系坐标原点是电场与磁场交变的中心。则，对于麦克斯韦方程组的正确解读——光速相对不变原理：光线以固定的速率c离开“静止”物体。即真空中光线相对于光源的速率为c。

1.2 光线传播的微观描述

光子在前行的途中遇到物体表面的原子发生反射，或遇到介质中的原子发生折射的过程分为：①不完全受激吸收。②不完全自发辐射。描述如下：

①不完全受激吸收。

光子遇到原子时，以原子为静止参考系原点，入射光子的速度作矢量修正。原子吸收光子的能量，跃迁到“准”高能级。称为不完全受激吸收。准高能级不稳定，迅速进入不完全自发辐射过程。此过程的时间间隔在宏观上表现为光线在介质中的传播速度小于c。

②不完全自发辐射。

准高能级原子跃回原来的能级，辐射出相对于自己速率为c的光子。此过程中原来的“快”光子的动能损失被原子获得，宏观表现为光压。“慢”光子的动能则靠降低光子的频率来补充，表现为红移。原子“吸收-辐射”光子成为“新”光源，并表现出宏观上的反射、折射规律。

1.3 光速相对不变原理的宏观描述

真空中，“静止”光源以速率c发射光线，相对于光源运动的观测者将观测到不同的光速。相对于光源运动的物体或介质，反射或折射后的光线红移，速率相对于物体或介质为c。

光线在“静止的”介质中都是以确定的速度运动，无论这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。不同速率的光线在接触介质时迅速被“同化”。相对于介质运动的观测者将观测到不同的光速。

“相对于介质运动的观测者将观测到不同的光速。”这句话反过来以观测者为静止，则表现为运动的介质具有“携光”效应。已在1859年斐索的流水实验被验证。

2 实验设计

上述实验原理可知，要想捕捉“超速”光线，必须要在其被介质“同化”之前方有可能。所以实验要在真空的环境里进行。以下为实验设计及结果预测：

①真空室中垂直方向旋转的旋臂两端距旋臂中心等距离放置两个光源向对面墙壁垂直发射光线。

②转动旋臂，两个光源发射的光线在墙壁上绘出重叠的圆形。

③靠近旋臂垂直放置一块玻璃，使绘制左半圆的光线穿过玻璃。

④旋臂缓慢转动时，左右两个半圆的半径相同。

⑤加快旋臂的转动，透过玻璃的光线绘制的左半圆半径不变，直接投射在墙上的光线绘制的右半圆半径增大。

3 预测结果的分析

绘制右半圆的光线矢量叠加了光源的线速度，为“快光”。所以随着光源线速度的增大，右半圆的半径增大。绘制左半圆的光线在透过玻璃后，光速恢复正常。所以左半圆的半径不随光源速度变化而发生改变。

4 系统误差及有效观测

旋臂旋转产生的形变差异会使两个光源光线的轨迹形成一条圆形的光带。由于左右半圆均由两个光源共同绘制，所以形变差异可以不计。

在墙壁上放置感光底片，从旋臂静止到旋转至最大速度对两个光源的光线感光。

若旋臂全长32cm，光源最大线速度为200m/s，底片距旋臂30m。底片感光的右半圆光带将比左半圆光带要宽0.000013mm。

光源线速度越大，底片距旋臂越远，左右两半圆的光带宽度差异越大。

5 思辨解析

在终于完善了各项细节，完整了这个理论，我觉得——她很美。尽管尚未被实验验证，但是我的物理直觉——她，是真实的。

她完美地解决了麦克斯韦方程组在伽利略变换下不具协变性的矛盾，换一个角度才发现：原来，“绝对静止”不是在外面，不在宇宙的某一处，而是在自己。

如果非要给她起个名字，我愿称她为“还原论”。

5.1 绝对参考系——“以太”

如本文开头所述，把电磁场交变的中心为静止参考系原点，得出光速相对不变原理。

现在我们退回一步，由联立求解麦克斯韦方程组得到：无论相对于磁场还是电场，所产生的电磁波的速度是相同的。可是磁场和电场又是相互运动的，如果以磁场为原点随电磁波运动，这时在中心点观察电磁波的运动是怎样的呢？

可以这样理解，电磁波是一种波，本身存在相变。以磁场为原点随电磁波运动，在中心点看到的是随着电磁波运动同时在此方向上下波动。反之，以电场为原点的运动亦然，只是相位相反。

所以这个结论本身并不矛盾，完整的描述应该是：无论相对于磁场还是电磁，所产生的电磁波相应的“相位”速度是相同的。相位速度相对于交变中心做超光速曲线运动，在电磁波传播方向上的速度投影等于光速。

人们一开始忽视了相位运动，认为麦克斯韦方程组只能对一个绝对参考系——“以太”成立，引入了“以太”这个概念。此时违背了奥卡姆剃刀“如无必要，勿增实体”的原则。光速相对不变原理剃掉了第一个不必要的概念——以太。

5.2 洛伦兹变换

有绝对参考系就有绝对速度，人们开始测量地球的绝对速度，太阳光迈克尔逊——莫雷实验由此诞生。

可是无论怎么测，地球的绝对速度始终为0。

洛伦兹对此现象进行解释，认为物体在运动方向尺寸变短，而我们本身随地球运动，所以无法测得变短的量。

这个解释产生了洛伦兹变换。这其实是一种不讲理的自证，科学家有时候也会不讲理。

由“还原论”可知，无论入射光线的速度为何，在经过分光镜反射、透射后都会被同化为一个速度，事实上太阳光线在入射之前就已经被地球大气同化了。

锋利的奥卡姆剃刀剃掉了第二个无用的公式——洛伦兹变换。

5.3 “尺短钟慢”

洛伦兹变换是用以补偿不存在的地球绝对速度而产生的，其中有一个时间改动没有合理的解释。

爱因斯坦思考运动系统中光程的变化，以对麦克斯韦方程错误的解读为基础，引入“运动的时钟变慢”为这个改动找到合理的解释。

仔细研究真空中运动系统中的光程变化会发现，垂直于运动方向的光程变长，平行于运动方向的往返光程不变，而返回的单程更是会变短，有悖（自我矛盾）。

这样一个“时钟变慢”的补丁引发诸多矛盾。

由还原论可知，真空中，光线矢量叠加光源的速度；介质中，与车厢共同运动的空气具有携光作用。这些推理只需要对光线传播的微观过程详加考察就可以得出，不需要引入任何的假设。

寒光一闪，第三个。

5.4 同时性在不同参考系中的非同时效应

单单说着都拗口。可是为了平息时钟变慢引起的动乱，这个必须有。

相对论的补丁就这样一个接着一个越来越多。

非同时效应立马引发另一个问题——因果律悖论。

“非同时性不会改变因果律！”科学家又开始不讲理了。

手起刀落，第四个。

5.5 光速不变

似乎有些累了，我们暂时放下手中宝刀。

证明光速不变的四项事实中的太阳光迈克尔逊——莫雷实验已经分析过，我们来看其他三个：

①恒星光行差都长期保持不变。

②恒星都是一个一个的小圆点。

③恒星都静止。

这三个事实其实是一回事儿：宇宙空间中稀薄的原子让恒星发出的光很快被同化。

看来还要动刀，第五个。

5.6 空间弯曲

“小空啊，轮到你了。”

空间说：“我招谁惹谁了？”

惠能说：“本来无一物，何处惹尘埃？”

我说：“我有宝刀在手！”

你说：“莫急动刀，先看看咋回事。”

……好吧，就让我们来看看爱因斯坦与空间不得不说的那些事儿。

在洛伦兹变换时，在运动方向上物体的尺寸变短就已暗含空间弯曲。匀速圆周运动、匀加速直线运动及有引力存在的静止参考系等效。匀速圆周运动的瞬时与垂直于引力方向的匀速直线运动等效。所以物体的尺寸在垂直于引力的方向上变短，光线在引力方向上发生红移，这种现象称为空间弯曲。

可是，首先我们无法理解什么都没有的空间是如何被弯曲的。其次，垂直引力方向的空间弯曲，那平行于引力方向的空间怎么办？

三维空间只能在四维空间里弯曲。”四维空间？什么东西？

至于引力红移，还原论认为真空中光线的速度相对光源不变，而运动的光有质量，必然要受到引力的作用。速度不能改变，只能靠减小频率来抵偿在引力场中势能的改变。

相对论和还原论就好比地心说和日心说。地心说能够正确地描述绝大多数星体的运行，偏就那么几颗行星调皮捣蛋不听话，只好鼓捣出各种补丁。日心说就非常简洁，但是普适，所有的星体都在一个理论下该干啥干啥。

相对论认为光是第一性的。光程变长，时间就要变慢。光拐弯了，那空间就得弯曲。这涉及物理的哲学理念。

还原论认为信息是宇宙的第一要素，比如说“无”，啥都没有，没有时间、空间。但它是一种状态，是信息，可以独立于其他要素单独存在，而其他要素却不能够脱离信息而存在。然后是时间、空间、能量、物质依次向下。光作为能量存在于时空当中，“级别”要低于时空。不能因为光程变长就改时间，光拐弯就弯曲空间，空间不是你想弯，想弯就能弯。

关于这些个宇宙要素之间的那些事儿，就是另外一个故事了。

那说爱因斯坦他咋就恁执着呢？究其根源在于对麦克斯韦方程的错误解读。

马云说：“一个游戏让你感到痛苦，说明你的玩法错了。”同样的道理，一个有效、正确的理论，它是真实的，它的计算结果是不会错的。基于这个结果得出的推论存在诸多矛盾，最后必须要靠硬性的定义来强加规制，那只能说明一件事：你对这个计算结果理解错了。

你默默地松开我的手……

5.7 极限速度和质能方程

物体相对于自己永远是静止的，所以宇宙间没有极限速度。

物体的质量表现只能依靠万有引力来测定。

物体向外放出能量而自身内能不变的话，质量是要有亏损的。运动可以减肥大概就是这个道理。

爱因斯坦质能方程E=mc2在核物理实验被证实存在质量亏损，成为相对论正确的又一佐证。

真实情况是这样吗？

先来看看用还原论是否能够推导出质能方程。

光是能量，静止时表现为物体内部原子的热运动，即内能。物体的质量与温度无关，所以静止的光没有质量。

在宇宙空间中以平均速率c运动的光的能量即其动能Ec=（Mc2）/2，M为光的运动质量。

设空间内有两个绝对零度静止物体A、B，质量均为M+m，此时每个物体的总能量就是自身质量具有的核能E'=HM+Hm，并设E=Hm。

A损失质量m后使自身获得c的速度改变，相对原参照系总能量Ea=HM+（Mc2）/2即物体质量核能与动能之和。

速度改变需要力，A与B相互作用改变自己速度的同时也改变了B的运动状态。则B相对于原参照系的总能量Eb=HM+E+（M+m）v2/2，并E=（M+m）v2/2+（Mc2）/2，即A损失的质量m转变成A与B的动能。

设其间没有内能改变，即动量守恒。则有Mc2=（M+m）v2。

物体A的质量与光的运动质量相同都为M，意味着绝对零度质量为M+m的静止物体损失质量M可使自身内能增加Ec，总能量E'=E+Ec即物体质量核能与内能之和。

这里需要提到一个假说：还原论认为光作为能量只有运动质量，与万有引力的作用是单向的。即光虽有运动质量但是不会产生万有引力，万有引力是具有静止质量的“物质”存在之后产生的。

追加势能补偿后总能量E'=E+2Ec，含义为携带内能运动不会产生更多的动能。

联立以上方程得到：E=mc2

5.8 红移错觉及宇宙的“可视半径”

光线在宇宙空间传播，被不同运动方向的分子不断地“加速”和“减速”，其能量不断衰减，表现在频率不断变小。

这种现象在宏观上产生红移的错觉，并且越远的天体红移越大。宇宙天体虽然在加速远离我们，但其速度远比我们估计的要小很多。

观测站设计 第4篇

1 地表移动观测站设计

1.1 资料收集

设计观测站要准备大量的已有资料:一是1∶1 000或者1∶2 000的井上下对照图和开采计划图, 根据这张图至少可以确定观测地区井上下的对应关系。二是设站区的地质和水文资料。三是井下开采工作面的设计资料, 基本的有巷道布置、顶板管理方法以及开采厚度、周围开采情况等。四是控制点的高程测量数据, 现有的平面位置。五是本地矿山开采已有的移动相关系数。一般而言, 设计参数都是根据已有资料来确定的, 而有些矿区是新矿, 此时设计参数应参照同一地区其他矿上的资料或者找土质、地质条件相近的矿的参数资料。

1.2 观测站类型的选择

观测站可分为下面3类:一是按设站地点分为地表移动、岩移、专门观测站。二是从时间上分为普通观测站、短期观测站。三是按照布站的形式分为网状观测站、剖面线观测站。一般由两条平面垂直的走向观测线和倾向观测线组成。通过大量的观测求出它们在井下开采过程中随时间和条件的改变的规律, 为了获得高精度, 可设置多个观测站[10,11]。

1.3 观测站设计依据

设计方法根据设站的目的、精度等要求来确定, 基本概括为:点位必须位于盆地外侧, 底部一定要位于冻土线下半米;矿井的采区往往不止一个, 相近的采区经常会有影响, 测站设置必须隔离其他采区, 务必做到不受影响;一般而言观测线应该设置在主断面上;有时测线较长, 有时测线较短, 但测点间的密度基本上是一定的;观测线的范围要大于地表移动的范围, 这样才能控制整个变形区域。观测站设计有2个部分, 一是编写设计说明书, 二是绘制设计图。

2 地表移动变形监测内容

2.1 连接测量

根据理论及经验, 连接测量应分两次独立进行, 也就是通常我们所说的高程和平面连接测量。在此之前, 所有观测点必须准备就绪, 点位必须符合要求, 进行观测的目的是确定工作面开采之前各测点与采区的位置关系。平面连接测量是观测将要进行采挖区域的已知控制点, 按照一定的精度, 测量出控制点的平面位置坐标。控制点的位置应该采用D级GPS进行控制。GPS连接测量平面图, 见图1。

高程连接测量就是在采挖区一直到地表移动观测站附近的点间进行的水准测量, 根据观测数据, 求出控制点的高程。高程连接测量的精度要求适中, 不低于三等精度。外业数据采集必须进行水准网加密, 内业处理必须采用严密平差。连接水准测量网图, 见图2。

2.2 观测方法

观测的精度要求及方法:一是高程测量:相对比较平坦的地区大多都采用三等水准, 而地形起伏相对比较大、比较复杂的地区采用精度不低于6″的全站仪, 观测时应该进行两测回的竖角以及斜距测量来计算高程。二是平面测量:方法相较于高程测量比较多, 有边、角交会导线测量等方法。现在一般多选择GPS测量方法或者是导线测量。导线测量应该根据边上已知点的个数来确定是使用附合导线还是闭合导线。日常观测工作表示第一次和最后一次全面观测之间进行的水准测量工作, 这些测量工作是根据要求添设的。地表移动观测站的各项观测, 包括时间及内容等, 无特殊的情形下都按照下表来执行。为了保证观测的精度, 测量应尽量在最短时间内完成。表1所示是时间安排。

地表裂隙调查:调查记录产生裂缝的日期以及其他重要变化过程, 还要拍摄一定数量的图片。

3 监测新技术

3.1 光纤监测技术

科学技术的越来越发达, 使得光纤在电力、通信等方面的发展越来越快, 可以说是最主要的新型基础材料, 因光纤而生的技术更加令人称赞、更加神奇。传统的光纤技术有信号发送端、接收端和光纤传输带3个部分。从发展情况看, 光纤技术发展的已经相对比较完善, 从最初的温度监测, 发展到现在的渗流监测、位移监测等多个方面, 例如:动应变及结构振动监测、裂缝监测、混凝土应力应变监测、岩石锚固监测、渗漏定位监测、钢筋混凝土薄体结构物受力监测、钢筋锈蚀监测、温度与渗流的耦合监测、混凝土固化监测等[12]。

3.2 GPS伪卫星组合定位技术

伪卫星, 是一种发射器, 在地面上发射类似于GPS的信号。这种GPS伪卫星是仿照真正的GPS设计的。伪卫星不止一种, 也有一部分伪卫星的信号是模拟伽利略或者北斗系统的, 还有部分伪卫星采用的是独特的定位信号格式。根据所掌握知识及实践经历知道, GPS水平方向上虽然定位非常准确, 但竖直方向上其精度远远不如水平方向, 无法满足大坝、高建的要求, 对于这些因素, 最近这些年发展起来的GPS伪卫星定位是一个比较理想的方法[4]。伪卫星很多方面都与GPS一致, 两者载波相位观测方程的建立方法是一致的, 都包含多路径效应、大气层差等影响, 所有这几个方面, 多路径效应在信号传输过程中的影响最大, 往往造成偏差。正因为如此, 测量人员需要一些特殊的方法才能去掉或者减弱多路径效应对精度的影响。最理想的是伪卫星和GPS的组合定位, 这种组合方法可以改善卫星的几何布局, 对提高定位精度很有帮助。通过多年的实验总结, 在多种恶劣的条件下使用GPS伪卫星组合定位技术, 其精度也是非常高的, 甚至在1mm以内[8]。

3.3 三维激光扫描技术

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术, 是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它突破了传统的单点测量方法, 具有高效率、高精度的独特优势。三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据, 因此可以用于获取高精度高分辨率的数字地形模型。

传统测量概念里, 所测的的数据最终输出的都是二维结果 (如CAD出图) , 在逐步数字化的今天, 三维已经逐渐的代替二维, 因为其直观是二维无法表示的, 三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含X, Y, Z点的信息, 还包括R, G, B颜色信息, 同时还有物体反色率的信息, 这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉, 是一般测量手段无法做到的[13]。快速扫描是扫描仪诞生产生的概念, 在常规测量手段里, 每一点的测量费时都在2~5 s不等, 这样的测量速度已经不能满足测量的需求, 三维激光扫描仪的诞生改变了这一现状, 最初1 000点/s的测量速度已经让测量界大为惊叹, 而现在脉冲扫描仪 (scanstation2) 最大速度已经达到50 000点/s, 相位式三维激光扫描仪最高速度已经达到120万点/s, 这是三维激光扫描仪对物体详细描述的基本保证, 古文体、工厂管道、隧道、地形等复杂领域的无法测量已经成为过去式。

最近几年, 三维激光扫描技术不断发展并日渐成熟, 三维扫描设备也逐渐商业化, 三维激光扫描仪的巨大优势在于可以快速扫描被测物体, 不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据。因此可以高效地对真实世界进行三维建模和虚拟重现。在测绘方面主要用于大坝和电站基础地形测量、公路测绘, 铁路测绘, 河道测绘, 桥梁、建筑物地基等测绘、隧道的检测及变形监测、大坝的变形监测、隧道地下工程结构、测量矿山及体积计算[13]。

4 结论

综上所述, 可得以下结论:一是合理的设计观测站可以有效地获得数据, 总结规律, 为以后的开采奠定了基础。二是传统的测量方法与测量新方法的综合使用, 不仅能提高测量的速度, 还提高测量的精度。

摘要：文中主要介绍观测站的设计、传统的测量方法 (水准测量和平面测量) 以及光纤监测技术、GPS伪卫星组合定位技术、三维激光扫描技术三种监测新方法, 达到获取沉降规律的目的。合理地使用这些技术, 获取了可靠的沉降规律。

《云的观测》教学设计 第5篇

【教材分析】：

《云的观测》是天气单元中进行天气观察的重要内容，需要学生对云量进行观察，并能对云进行简单的分类。学生对云量的观察记录，是总结天气观察，制作天气日历的一个基本内容；同时，对云的认识，对天气的预测有一定的帮助。

【学情分析】：

学生可以通过自行阅读课本的方式，找到科学概念，但可能对概念的认识不够；可以通过查资料的方式知道云与天气的一些关系，但可能不够全面和充分；对天空千变万化的云是感兴趣的，对云的认识也怀有比较浓厚的兴趣。

【教学目标】

科学概念：

1．根据云量的多少，天气可分为晴天、多云和阴天；

2．云在天空中是会变化的，不同的云预示着不同天气的来临。

方法与过程目标：

在课堂学习和观测实践中，学会观测云状和云量并做记录。

情感态度与价值观目标：

体会观测云的乐趣，意识到谚语是劳动人民智慧的结晶。

【教学重点】

根据云量的多少，天气可分为晴天、多云和阴天；根据云的高度和形状给云分类。

【教学难点】 1.根据云量的多少，天气可分为晴天、多云和阴天并能根据云的高度和形状给云分类。

2.不同的云预示着不同天气的来临。【教学准备】

圆形纸片，多媒体，不同形状的云的图片

【教学过程】

一、导入

同学们，今天我们一起来学习《云的观测》！

二、新授

（一）、谈话：平日都是老师讲大家听，今天我们换一种学习方式。同学们自学，老师只负责检测大家的学习情况。

（二）、布置任务：请同学们通过自学、同桌交流、讨论回答下列问题（1）什么是云 ？

（2）我们通常用什么来描述和记录对运量的观测?晴天、多云、阴天、这些不同的天气状况是如何划分的？

（3）气象学家通常把云分成了哪几类？每类云分别有什么特征？

（三）、.检查同学们得学习情况。

1.让学生说出云是由什么组成的。

2．晴、多云、阴的划分

划分方法：如把天空当作一个圆，你能用涂色的多少表示出晴、多云、阴。

3．云的类型

学生汇报

（1）气象学家把云分成几类？（2）每一种云有什么特征？（3）根据什么进行分类？

（课件出示层云、积云、卷云的图片）

师：我们已经知道了云的类型及特点，现在我们再把图片上的云进行分类。

生：学生根据云的类型和特点将云进行分类。

师：回想一下我们刚才观察的云属于哪一类型的云。

三、课外拓展

出示天气谚语：

天有城堡云，地上雷云临。云低要雨，云高转晴。红云变黑云，必有大雨淋。天上豆英云，地上晒死人。日落乌云涨，半夜听雨响。云自东北起，必有风和雨。天上灰布悬，雨丝定连绵。云交云，雨淋淋。

四、室外活动：云的观察

现在老师布置一下观测任务：连续一周观察天空中的云。

观察天空中的云量。（今天的天气是晴天、多云、阴天？）估计云的高度。（低、较高、高）

记录下云的形状。（可以画图，可以把云的形状和熟悉的事物进行联想。）注：带好文具，将你观察到的天气情况记录到天气日历记录表中。（如果有太阳请注意不要直视太阳。）

五、板书设计

云的观测

晴、多云、阴的划分方法 云的分类：积云 层云

卷云

依据：高度

成长观测站 第6篇

本期出场：2月男宝宝沈笑戎和10月男宝宝王一卓。

2月出镜宝宝

沈笑戎（果果） boy

妈妈：王慧卿(公务员)

满2个月时体重7.0kg

身高60cm

【妈妈经验谈】

睡眠保卫战

果果从出生到现在睡眠一直都不是特别多，精力特别旺盛，1个月的时候基本上晚上10：30以后才会睡觉，夜里每两个小时醒一次，早上7：00左右起床。白天从来不睡大觉，为此我们非常苦恼。

人们都说给宝宝听摇篮曲能促进孩子尽快进入睡眠，于是我买了不下10张摇篮曲CD，还从网上下载了不少节奏轻快的乐曲，每天晚上都给果果听。可是，这个小家伙好像一点儿都不懂得妈妈的心思，一听到音乐就兴奋起来，挥舞着小手，蹬着小腿，眼睛找着声音的方向，唉……彻底失败！看来还得开拓思路。

后来，我们尝试每天带他去户外活动，每周六还会让他在家里游泳半个小时。游泳以后连着两天他睡眠都特别好。地雷的秘密让我们发现啦！原来我们的小果果运动之后才能睡个大觉呢。

现在果果已经能每天晚上9：00左右进入睡眠状态，早上6：30左右起床，拉完臭，还要再睡个回笼觉到8：00左右呢。果果的睡眠保卫战终于大获全胜。

沈笑戎本月一日生活举例

6：30 起床，吃母乳，把屎把尿，睡觉

8：30 吃母乳，室内活动，趴着练习抬头

10：30吃母乳，户外活动，去公园晒太阳

12：30吃母乳，室内活动，在床上做操

15：00 睡觉

17：00 吃母乳，与爸爸玩耍

19：00 吃母乳，洗澡

21：00 睡觉

2个月的宝宝

平均体重：女宝宝 5.7kg， 男宝宝 6.14 kg

平均身长：女宝宝 59.1cm， 男宝宝 60.4cm

大多数宝宝能够做到

哭时有泪

俯卧时抬头与肩胛成45。

被动抓握物体

听见声音能转向声源

逗他时微笑

有些宝宝甚至能做到

两眼追随移动物体自旁边至中线

俯卧时抬头与肩胛成90。

不同需求发出不同哭声

对讲话的声音有反应

发出咕咕声

注：每个宝宝的生长发育速度不尽相同，如有疑问请向专业人员咨询。

本月养育重点提示

翻身、俯卧等垫上活动

喂奶后半小时或睡醒后是宝宝运动的最佳时间，这时的宝宝状态比较好，不容易吐奶。让宝宝趴在硬一点、光滑一点的垫子上练习抬头、抬胸，把他的小手放在胸前，用他感兴趣的玩具逗引他抬头、抬胸，交替抵住他的小脚让他练习爬行。练习翻身时可牵动宝宝的手臂或腿部帮他翻过身。以上运动需在宝宝高兴时进行。

微笑、爱抚

经常对着宝宝微笑，让宝宝看到我们微笑的脸，经常爱抚我们的宝宝，并用轻柔的话语安抚他。宝宝的情绪很多时候是和抚养人相关的，抚养人对宝宝的需求及时满足，对宝宝充满爱心，宝宝今后就会更自信，更快乐。另外得到适当的抚触按摩对宝宝体重的增长也是有利的。

专家点评：

确实，运动可以让宝宝的睡眠更好、食欲更好、肌肉更强健。果果的妈妈的确是个有心人，她发现了运动的好处。其实，良好的运动不仅能强身健体，运动的同时宝宝的平衡能力、对身体的控制能力、本体感觉发育均可得到促进。

小叭喇：0～12个月模特宝宝大征集

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鸣谢：北京市海淀区妇幼保健院儿童早期发展中心

编辑/申艳(shenyan@bphg.com.cn)

历史气象观测资料自动归档系统设计 第7篇

随着计算机的普及和信息技术的飞速发展, 电子文件已经成为各种信息储存的主要形式和载体。它具有易形成、便修改、存储量大、传递方便等特点, 已被广泛地认识和采用, 特别是在气象领域, 电子文档已逐步代替传统纸质文档而成为气象资料档案的主角。目前, 江西省GPS/MET观测资料每月的数据量达72G。但受当时建设条件等多方因素影响, 各观测系统的省级中心站缺乏自动、安全、高效的数据管理、备份、归档功能。目前所有观测资料均依靠手工方式, 通过依次进入各系统中的各级目录进行归档, 不仅效率低下, 而且存在较高的数据安全风险。因此, 将这些具有重要业务价值的数据进行有效的存储、处理、保护, 实现历史资料自动合理归类保存和对用户的有效共享使用具有重要意义。

1 数据归档流程设计

以GPS/MET气象资料为例, 在GPS/MET气象中心站形成观测文件后, 根据资料类型、接收时间、站号等进行数据分类, 由数据归档软件按照预先设定的规则自动进行数据归档, 形成历史资料文件库并通过文件库以FTP方式向不同用户进行数据共享, 同时将归档的文件的大小、目录、归档时间等信息登记在数据库中供用户查询。如图一所示。

2 系统功能

2.1 文件扫描模块

由于收集的历史资料来源不一致 (资料类型不同、存放路径不同、文件命名规则不同等) , 各数据存在文件命名、格式、大小、生成时间等不一致的现象, 因此, 本模块主要解决了以下问题: (1) 收集的历史资料的时间属性如何做定位; (2) 如何获取各类数据的类型标识; (3) 如何动态实现每天各时间点或段上的自动扫描; (4) 系统的可扩展性问题 (满足现有和今后业务发展的需要) 等。

2.2 数据归档模块

归档软件由数据收集、数据归档、数据删除模块组成, 功能主要为: (1) 数据收集软件定期检索新增文件, 将数据文件统一收集到归档服务器; (2) 将统一收集的数据文件按资料类别、时间、站点、来源等进行分类归档; (3) 对过期数据进行清除。归档处理程序如图二所示。

2.3 数据库系统

对归档文件进行登记处理, 依据处理时间建立目录索引, 方便数据的查询以及管理, 并在数据管理和数据处理的设计方面充分考虑元数据技术的应用。数据表结构设计如表一所示, 数据入库情况如图三所示。

2.4 日志模块

本模块功能为记录归档过程中的资料处理日志, 并形成文件。日志文件中保存着各类历史气象资料时间、文件名称等信息, 日志文件内容按照时间、类型分类结构组织。同时将资料自动归档的详细信息记录到日志文件中, 如归档时间、操作过程等。日志详细内容如图四所示。

2.5 资料共享

在资料归档服务器上建立File Transfer Protocol (文件传输协议) , 依托其开展资料共享服务, 并为不同等级用户分配相应访问权限, 提供资料分类访问列表。

3 结束语

本项目在新的形势下根据GPS/MET业务系统的省级数据处理流程, 研制了能与之相适应的资料归档系统。通过对系统的完善和相关配置, 可方便地推广至自动站等其他业务系统历史资料归档工作中。项目的建成应用将对自动合理归类保存和对用户的有效共享使用具有重要意义, 为气象数据服务奠定有力支撑, 提高全省气象防灾减灾和气象综合效益。

参考文献

[1]张杼.民航气象资料历史归档管理系统的设计与实现[D].成都:电子科技大学, 2011.

[2]虎文王君, 张芳.利用VB编程实现天气雷达观测数据的自动归档[J].气象水文海洋仪器, 2013, 30 (04) :67-68.

[3]冯宝云.电子文件归档管理在自动化办公中的应用[J].价值工程, 2010, 29 (23) :167-168.

观测站设计 第8篇

随着勘探开发日益向精细化发展, 油气勘探合的重点已逐渐转向小幅度构造油气藏、地层油气藏和岩性油气藏。窄方位角勘探面对这样的勘探任务已经有些力不从心, 于是万道地震仪应运而生.。客观需求、万道地震仪和数字检波器的应用以及小空间采集技术的出现, 都为采用宽方位角观测方式地震勘探创造了客观条件。

1 宽方位角理论分析

1) 宽方位角采集进行全方位观测, 可增加采集照明度, 获得较完整的地震波场;

2) 宽方位角采集可研究振幅随炮检距和方位角的变化、地层速度随方位角的变化, 增强了识别断层、裂隙和地层岩性变化的能力;

3) 炮检对的三维叠前成像轨迹是椭球, 宽方位角具有更高的陡倾角成像能力和较丰富的振幅成像信息;

4) 宽方位角地震还有利于压制近地表散射干扰, 提高地震资料信噪比、分辨率和保真度。

宽方位采集毕竟成本较高, 并不是每一个地方都适合, 真正需要做宽方位角采集的是地质前景看好、地层油气裂缝比较发育或岩性变化比较大的地区。利用好宽方位角覆盖对纵波地震数据检测垂直的或高角度裂缝的空间定向具有优越性, 从而可提高资料解释结果的精度。

三维宽方位角观测系统定义为横纵比大于0.5, 横纵比为最大非纵炮检距与最大纵向炮检距之比。当横纵比等于1时, 在最大纵向炮检距以内的炮检距方位角在0-360度均有分布;大于最大纵向炮检距的炮检距方位角随炮检距值增大而变窄。所以在宽方位三维设计时, 最大纵向炮检距要满足主要目的层勘探的需要。

2 三维地震宽方位角观测系统设计事例分析

(1) 三种观测系统方案对比分析

>基本论证参数

>方案一:观测系统:24L9S216T正交中间激发观测系统 (图1)

>方案二:观测系统:18L12S216T正交中间激发观测系统 (图2)

>方案三:观测系统:18L12S192T63o静态斜交中间激发观测系统 (图3)

对上述三种方案进行统计分析:方案一, 方位角最宽、炮检距分布最合理, 覆盖次数高达144次, 纵横向覆盖次数均为12;方案二比方案三炮检距分布合理些, 较大炮检距 (5000m以上) 要多些 (见图4) 。

以上三种观测系统横纵比等于1时, 不大于最大纵向炮检距的炮检距方位角在各个方位均有分布。方位角间距大小 (方位角密度) , 取决于空间采样密度, 即由道距、检波线距、炮点距、炮线距。方案一接收线距小于其他两种, 其采样密度较高, 方位角分布最好, 但经济成本很高

若把炮检距当矢量看, 炮检距值为其模, 方位角为方向。以每种方案的观测系统模版将分别产生不同的跑检距矢量:方案一有216*24*9=46656个;方案二有216*18*12=46656个;方案三有192*18*12=41472个。束状观测系统由模板分沿纵向和横向规则滚动, 使得这些炮检距矢量在以炮线距和束线滚动距为边长的矩形为周期规则分布。在矢量范围一定的情况下, 周期越小, 单位面元矢量密度 (等于覆盖次数) 越大, 炮检距及方位角变化间距越小, 分布越均匀。方案一和方案二模板产生的矢量个数、矢量范围相同, 方案一的周期18*18=324 (面元个数) 小于方案二18*24=432, 方案一要好于方案二。综合比较方案二略好于方案三。

(2) 同种观测系统不同排列方式分析

方案一和方案二还可以有以下几种形式, 下面以方案二为例分析。

>动态斜交式

炮线与检波线斜交, 接收排列随炮点移动。对于每一炮, 接收排列同正交观测系统对应炮点相同。见图5。

>奇偶式

将原来一条炮线拆成两条炮线, 炮点距100m, 炮线距是200m或250m, 两条炮线首炮点沿炮线错开50 m, 接收排列随炮线移动。见图6

>砖墙式

将每下一束线炮排沿检波线移动一个道距, 排列片也对应移动。见图7

斜交式炮线与检波线夹角不限于45o;奇偶式也可以拆成更多炮线, 当线数达到一定值变成45o斜交式;砖强式相邻束线炮排也可沿检波线移动几道。这样一来炮检关系可以组成很多样式。但无论是什么模板图形, 所产生的炮检距矢量个数同于正交模板, 总的方位角范围、炮检距范围不变, 只是方位角、炮检距空间分布有所变化。

3 分析结论

通过上述分析, 在同一观测系统下, 如果只是炮点沿纵向移动, 炮检距矢量横向分量没有变化, 纵向分量移动, 改变了炮检距、方位角分布。奇偶式排列形式同一INLINE方向面元线对应的相邻炮点间距与正交式相同 (450M) ;斜交式和砖墙式排列形式同一面元线对应的相邻炮点间距分别是150M、50M;奇偶式INLINE方向面元线炮检距纵向分量分布和正交式一样;砖墙式分布最均匀, 斜交次之。正交式沿CROSSLINE方向炮点没有错开, 砖墙式相邻束线错开, 奇偶式炮点奇偶错开, 斜交式相邻炮点均错开。

因此, 从上述四种排列方式CROSSLINE方向面元线炮检距分布来看, 正交、砖墙、奇偶、斜交在宽方位角观测系统下依此渐好。砖墙式和斜交式各有优点。

综合两种排列方式可生成如下的排列组合方式, 见图8。

摘要：本文对目前三维地震勘探采集观测系统设计进行了进一步分析, 分析了宽方位角采集的理论效果, 通过应用实际模型重点分析了正交、斜交观测系统的特点以及不同排列方式所产生的不同效果, 并分析了各自的优缺点。

沉降观测精度的设计及适用范围研究 第9篇

一、根据允许变形值来确定观测精度

若沉降监测是为了保证建筑物的安全使用, 则其最大变形值不超过某一数值即规范中的规定值即可, 一般情况下, 观测值的中误差小于最大变形值的1/10-1/20即可, 也有其他学者持其他观点, 他们认为:若观测只是为了研究而用, 那么对观测结果的要求精度会要求精确。我国之前颁布的《建筑物变形测量规程》中有这样一条, 其中写到“针对于沉降、膨胀土以及局部地基沉降, 在这些情形中对地基变形的测量区间可以缩至1/20以内, 该范围内均可视为合理误差。”在建筑物设计初期, 其最大允许变形值由设计者给定, 或根据相关规定执行。在实际的观测中可以使用以下几种方式对其进行确定:

顶部的最大偏移量, 式中, 为设计时允许倾斜度;H为建筑物高度。

当明确提出建筑物的允许倾斜度或顶部偏移量时, 可用此方法确定沉降观测的精度。

二、根据差异沉降量来确定观测精度

在一些具体的观测情况下, 我们会碰到一些比较高大的建筑物, 这些建筑物体积庞大, 重力也跟其他小型建筑相差很大, 所以在对其进行沉降差异观测中要明白其观测值的大小, 合理预估, 不能按照1/20这个规定, 所以考虑到均匀的前提下, 确保建筑安全使用, 不会因为后期的变动造成较大的影响。

所以, 这块是相对比较负责的部分, 《建筑地基基础设计规范》中也没有明确对这类高层建筑的地基在沉降差异值的规定上定量化。有的规范或规程, 作出有具体的规定, 但是要求非常宽泛。当差异沉降量超过最大变形值之后, 就会对建筑物的安全带来无可挽回的损失, 在实际情况中, 差异沉降的观测精度可根据下面的公式进行统计、计算:

当一些建筑物的允许沉降值较大时、一些有特殊要求的精密机床或者流水线安装工程等都可以用以上方法确定沉降观测的精度。

三、根据采用的水准观测等级来确定观测精度

我国“规程”有这样一条规定:针对变形观测高程的实际情形, 把观测误差和垂直位移之间的差距分为了四类, 第一等级是±0.3mm, 第二等级是±0.5mm, 第三等级是±1.0mm, 第四等级是±2.0mm。所以, 在此类情境中根据观测的结果再结合相应的等级进行实际规定。下面用二级水准测量为例进行分析:

如果水准测量采用的是其他等级, 那么沉降观测的精度也可按上述方法推导。

一些工程因为各种原因, 无法确定允许倾斜度即最大偏移量、最大允许差异沉降量, 则可按上述方法确定沉降观测精度。

自动农业气象观测系统的功能与设计 第10篇

一、自动农业气象观测系统的总体设计

重点解决急需、成熟性、通用性、可靠性和模块化组态设计是自动农业气象观测系统在设计过程中遵循的基础原则, 构建该系统的主要目的就是满足农业气象业务需求, 弥补人工观测在观测作物及其他观测项目中的不足[1]。系统传感器应用了当前较为成熟的技术, 可替代性较强, 保证了系统稳定、可靠的运行, 并对观测传感器的功能进行进一步的优化。本研究将水稻、小麦、棉花和玉米四类主要粮食和经济作物为主要观测对象, 从农业气象灾害、农田小气候、作物生长发育及土壤水分等观测项目入手, 探究自动农业气象观测系统的功能与设计。

软件及硬件系统是构成自动农业气象观测系统的两大部分, 其中前者由信息处理与应用软件、数据自动采集与控制软件两部分构成, 土壤水分自动观测传感器、作物生长CCD自动采集传感器、电源系统、数据采集器等其他系统共同构成了硬件系统。在研究过程中, 主要针对水稻、棉花、玉米及小麦四种置于不同生态区的作物, 对人工观测、自动观测方式及自动识别算法、自动观测方法进行对比, 探究在不同气候区中设备的适应性。自动农业气象观测系统的总体设计思路如图1所示。

二、自动农业气象观测系统的设计与实现

(一) 农田小气候观测设计与观测要素。农田小气候观测子系统在设计过程中充分顾及了高秆及矮秆作物的差异, 为了全面体现不同气候区的气象要素及其分布, 可以采取在作物顶、中及底部设置传感器的方法。针对高秆作物, 其顶部约为3米高, 中部为1.5米, 而矮秆作物顶部约为1.5米高, 中部为0.6米, 但二者底部高度均为0.05米[2]。作物干旱、农田蒸发和光合作用同顶部气象分布特点有很大的关系, 而作物灌溉状况由中部高度决定, 底部拔节高度对晚霜冻非常敏感。所以在研究过程中, 若农田地段采取高秆、矮秆作物轮作的方式, 应将传感器安置的位置划分为四个层次, 若仅为矮秆作物, 则可以将传感器的设置分为三个层次, 即顶部 (1.5米) 、作物结实部位 (0.6米) 、底部 (0.05米) 。

作物上方气象条件、农田内气象条件是农田小气候观测系统的两个侧重点, 根据观测结果可以将相关的参考数据用于农业气象灾害风险评价、作物生长气候评价等方面。自动农业气象观测系统的气象要素主要包括不同高度层的光合作用、湿度、温度和风速等。

(二) 作物生长自动化观测系统设计。图像自动识别处理、自动采集作物生长信息是构成作物生长自动化观测子系统的两大部分, 其中信息采集工作可以借助CCD图像传感器的功能来完成, 要想保证作物生长率判断的准确程度, 必须要加强对图像传感器的分辨率、高度和焦距等因素的控制[3]。本研究中自动农业气象观测系统构建的基础就是三维模拟软件, 同时结合了外场试验结果, 对传感器技术指标进行明确。作物密度、株高的自动观测的共同点是都应用了图像处理技术, 不同点是二者分别通过数理统计、摄影测量学来实现, 而作物的发育图像自动观测则是以图像处理技术为前提, 将图像信息和作物生长特点有机结合起来获得的结果。

(三) 自动农业气象观测系统综合集成技术。开放性是自动农业气候观测系统突出的特点, 该系统由多个子系统构成, 包括大量观测传感器, 各个子系统均能够独立运行。自动农业气候观测系统的设计与开发主要依靠的是CAN、CAN-open技术, 借助积木化智能硬件组态方式及控制器局域网络总线技术, 形成针对农业气象的标准化、开放化的CANopen协议, 将各种观测要素进行整合, 能够简便、灵活地对各个采集器进行调节。自动农业气象观测站的关键就是综合处理子系统, 具备通信、统计、采集和控制等多项功能, 可以向数据中心站传输各类数据信息, 能够实时储存、传输庞大的信息量[4]。自动农业气象观测系统结构分布详见图2。

(四) 土壤水分自动化观测系统设计。当前农业气象观测服务采用的一种关键技术就是FDR频域反射技术, 以此技术为基础形成的传感器在土壤水分自动化观测子系统中发挥着重要作用, 传感器可以保证体积含水率的标定误差为正负2.5%。自动农业气象观测系统参考人工土壤水分观测标准, 将土壤中的传感器分布状况划分为8个层次, 即10厘米处的土壤表层, 20与30厘米处的耕作层, 40、50与60厘米处的中层土壤, 80与100厘米处的深层土壤。在实际观测过程中, 则需要结合不同状况合理设定传感器的数量和分布状况。

(五) 自动农业气象观测信息处理与应用系统设计。对作物生长发育、生长势头等图像进行实时性的显示, 并对土壤水分观测资料与农田小气候观测资料进行处理是自动农业气象观测信息处理与应用系统的两大作用, 还能够对系统中的各项观测设备和仪器进行监控, 当出现异常情况时启动报警功能, 保证系统正常、稳定的运行。在制定农业生产决策时, 可以在系统中调取以往相关的数据信息, 对不同要素进行组合对比分析, 统计农业灾害信息。自动农业气象观测信息处理与应用系统设计平台建立在Oracle、SQL数据库技术的基础上, 可以对各项观测数据的结构、存储格式进行处理, 从而显示田间观测图像, 完成农业气象观测报表的制作, 提供更多的农业气象服务。

三、结语

在农业气象观测要素的基础上, 结合农业气象业务需求而设计的自动农业气象观测系统, 针对田间气象及作物生长要素进行观测, 可以动态掌握农作物生长、发育的整个过程, 具有准确、实时、高效的优势。自动农业气象观测系统中自动检测设备在观测频率、内容的丰富性等方面明显优于常规人工观测法, 实现了定性观测向定量观测的转化, 在一定程度上还降低了观测工作人员的工作量, 不必进行大量的野外观测工作, 使得成本投入减少, 提高了观测数据的准确性, 推动现代农业的发展。

摘要：随着科学技术的进步和社会经济的不断发展, 农村改革发展也获得了极大的成就, 传统的农业气象业务已经不能满足当前农业发展的需求, 这就迫切需要构建自动化农业观测系统。本文在人工观测原理的基础上, 主要对自动农业气象观测系统的总体设计进行分析, 根据农业气象指标、农作物的生长特点, 探究了自动农业气象观测系统的设计与实现过程, 从而实现农业气象观测的自动化、远程控制、实时性和可视化的目标。

关键词：农业气象,观测系统,自动化

参考文献

[1]黎家宜, 胡萌琦, 林宗桂.农业气象自动观测站的建设及管理[J].气象研究与应用, 2008, 4

[2]张雪芬, 薛红喜, 孙涵, 曹治国等.自动农业气象观测系统功能与设计[J].应用气象学报, 2012, 1

[3]刘志平, 孙涵等.农业气象自动观测原理样机的研制[J].安徽农业科学, 2010, 17

地面气象观测站自动检测系统研究 第11篇

关键词：气象观测站 自动检测 检测设备 自动化

0 引言

气候变化和人们的生活息息相关，一直是人们每天都关注的话题，气象灾害问题对人们的生活有着严重的影响，如果发展一次灾害会造成国家经济和人民财产的巨大损失，为了防止自然灾害的发生，需要加强对气象的观测，提高气象观测的水平和效率，以前我国气象的观测都是通过人工观测为主，其准确度较低，而且效率底下，为了提高气象观测的准确度，我国气象观测站装备了自动观测仪器。地面气象观测站自动检测系统的特点是对地面气象观测站的温度、风向、降水、大气压力等传感器进行自动检测，通过数据的采集，将检测结果输出，通过该系统可以对不同的地面气象观测站的数据信息进行性能测试。然而，我国地面气象观测站的性能检测通常都是以现场校准为主，按照常规的人工检测仪器使用标准、设备和方法进行的，随着计量检定业务量的不断增加，现有的计量检定标准、设备和方法已经无法满足业务的要求，因此，本文通过对地面气象观测站的自动检测系统研究，将传感器和数据采集器分开进行性能的自动检测，从而提高自动观测仪器的检测效率，确保日常计量检测业务的顺利开展，从而提高观测数据的准确度。

1 地面气象观测站的结构和工作原理

1.1 地面气象观测站的结构 地面气象观测站是一种能够对气象信息进行自动收集、处理和传输的装置，由软硬件组成，软件主要有业务应用软件和采集软件。硬件主要有计算机、传感器、电源、采集器和通讯接口等。为了实现对气象的实时监控，需要配备远程监控软件。对于硬件中，传感器可以分为数字传感器、模拟传感器和智能传感器，在气象观测站中还需要考虑到温度、风向、气压、湿度、雨量和风速等六要素，通过对这些数据信息进行采集，然后进行处理、存储、传输和分析。

1.2 地面气象观测站的工作原理 随着气象诸多要素的不断变化，地面气象观测站中各个传感器所检测的结果也在不断的产生变化，这些变量信息被CPU进行实时的控制和采集，经过处理、转换、筛选得到气象数据信息，并且按照一定的格式存储在采集器里面，最后通过计算机显示在电脑的荧屏上面，从而达到对气象变化信息的实时监控。

2 地面氣象观测站自动检测系统设计

该设计重点实施地面气象观测站的气温、空气湿度、降雨概率、大气压力、风的速度与方向等传感器的智能检测与地表气象观测站信息采集器的职能检测探究。

2.1 气温传感器智能检测 设置在地表的气象观测站的气温传感器是铂电阻。使用2级标准铂电阻当做标准器（准确度：0.06℃），检测设施由气温检定箱（气温区间：-60～80℃）、均匀度：横向方向不大于0.01℃；纵向方向不大于0.02℃；波动区间：±0.01℃（15min）、低电势多路扫描开关（接触电势不大于0.4μν）与信息采集器（六位半数字多功能表）等构成，开发气温传感器的检测程序，依托电脑实施信息处理，能够同步实施多个气温传感器的智能检测，且自动出示检测结果。

2.2 湿度传感器智能检测 用规范的通风干湿表当作标准器（准确度不大于1.5%RH），检测设施由智能适度检定箱（湿度区间百分之二十到百分之九十八）；均匀度不大于1.0%RH；平稳度不大于1.5%RH与多途径信息采集器（六位半数字多功能表）等构成。电脑管控智能湿度检定箱，可以自主完成湿度的增大、减小，在某个适度点固定的状况下，同步实施规范湿度仪与诸多等待检测的湿度传感器信息的搜集与处置，核算出检测结果。

2.3 大气压力传感器智能检测 选用美国知名企业MENSOR的智能压力检测设施（压力区间0～1100hPa，精准度是0.0l%FS），其的智能检测体系配备多路压力转换器，体系依托电脑实施信息的搜集和处理，可以同步实施十个大气压力传感器的智能检测，且自动出示检测结果。

2.4 风向风速传感器智能检测 风速检测仪通常在风洞中检测风速，可是器械体积大，效率不高。依据风速传感器的频率信号与风速关系式，研发风的速度、方向的效验设施，和在风洞工作的风向仪器加以对比剖析探究，依托风速风向仪校验设施实施风速风向传感器的智能检测，让检测设施缩小体积，节省了投入费用，同时达到了使用要求，且提升了工作成效。风速检测区间2～60m/s。精准度是（0.2±0.02V）m/s，0～2m/s的准确度为0.05m/s。风向测量区间0～360°，分辨率是1°。

3 结束语

地面气象观测站自动检测系统是由多个软硬件组成的，分为不同的自动检测系统，各个系统的主要检测流程有所不同，系统通过对相关信息的收集、处理、储存、管理等，实现地面气象观测站的时刻监控，有效的提高了我国气象观测的准确度和可靠性。并且通过这种自动化的检测系统有效的提高了日常工作的效率，提高了气象观测的质量，具有很好的应用前景。

参考文献：

[1]孙嫣，高民，杨茂水，等.自动气象站各气象要素现场校准时段的选择[J].气象，2007，33（4）：97-101.

[2]罗淇，任芝花，邹树峰，等.自动气象站现场校准方法探讨[J]，气象，2007，33（12）：93-97.

观测站设计 第12篇

关键词：地下水位,观测网,优化,Kriging插值,鄂尔多斯盆地

0前言

地下水位统测是在某个较短的时间段内(一般小于15d)，对某个区域散布的井点地下水位进行统一测量，然后绘制区域地下水位等值线图的活动。地下水位统测数据属于基础性资料，可为区域水文地质编图提供重要依据，也是地下水数值模拟建立初始流场的必要数据。对于已经布置了足够数量长期监测孔的地区，地下水位资料比较齐全，可能只要收集同一时刻的观测数据就可以绘制等值线图。然而，有些地区无长期监测孔，或有监测孔但数量太少，就必须通过一次或若干次水位统测来掌握地下水位的分布特征。这种缺少观测地区的水位统测依赖于散布在区域内的民井、已有观测孔以及地下水的露头(泉点、河流等)。

目前，对于如何进行区域地下水位统测这个问题，还没有严格的规定，现有的水文地质教材、规范、手册中对地下水位统测也没有提出专门的要求。这可能导致实际操作过程的随意性。就编图成果的有效性看，地下水位统测方案应该与地下水位等值线图的比例尺相适应，没有必要进行地毯式扫描观测，也不能随意的选几个点。从理论上讲，制定水位统测方案可以参考地下水动态监测网的优化布置方法。地下水动态监测网的优化已经有比较成熟的方法:水文地质学方法[1,2,3]、克里金法(地质学统计法)[4,5,6,7,8]、地下水动态类型分区-克里金优化法[9,10]、数值模拟-优化方法[11,12,13]等。在经济条件允许的情况下，地下水的实时动态监测孔如果布置得非常密集，则具有替代水位统测的功能。但是，这样的监测系统运行成本十分高昂，在很多地区难以实行。因此，水位统测的作用目前还是十分重要的。

本文的目的是在参考地下水动态监测网优化方法的基础上，提出一种综合利用地形图、数值模拟和Krigging插值技术进行地下水位统测方案优化的策略。以鄂尔多斯盆地海流兔河流域为例介绍了这种方法的实践经验，进行具体的探讨。

1 研究区概况

海流兔河流域位于北纬38°00′～39°00′，东经108°35′～109°20′之间，地表流域面积约2606km2。本区地处陕北黄土高原与毛乌素沙漠的过渡地带，地形以沙丘沙地为主。地势北高南低，东西高、中间低，海流兔河河谷最低，为流域内的排泄基准面。区内多年平均降水量为334～365mm，多年平均水面蒸发量1883～2187mm。海流兔河是区内的主干河流，由北西向南东流至谢家台汇入无定河。

在地质构造上，海流兔河流域位于鄂尔多斯白垩系向斜盆地的东部。流域地下水主要赋存于两种含水层:上部的潜水含水层主要由第四系风积沙和萨拉乌苏组地层构成，厚度可达100m;下部的承压含水层主要为白垩系砂岩，厚度50～600m。

由于地处毛乌素沙漠腹地、干旱少雨，生态环境较为脆弱，对地下水具有较强的依赖性。20世纪80～90年代，随着农业灌溉用水量的增加，区域地下水位以及海流兔河径流量都呈现下降趋势。现在，研究区已经纳入内蒙古和陕北两大能源化工基地规划区，社会经济发展提出了更高的水资源需求。如何合理规划利用地下水资源，保护生态环境，同时促进经济可持续发展，成为这一地区的重大挑战。

虽然鄂尔多斯盆地已经进行了大量的水文地质勘查工作，但是对掌握海流兔河流域这样一个局部地区的地下水资源情况，还有许多工作要做。目前，流域内仅有2个观测点进行了地下水动态监测，无法直接确定流域地下水的分布特征。为了解决这个问题，有必要进行一次地下水位统测。在进行实际地下水位统测之前，笔者对统测网点布置方案进行了优化设计。

2 观测网的分级设计

在哪些地点进行监测，监测点的间距取多少，是地下水位统测网点布置的首要问题。根据水文地质调查的经验，可以考虑整个流域的地形地貌、地表水、居民点分布的实际情况，按照分级设计的思路，初步拟定统测网点。统测点的布置主要考虑:(1)初步拟定统测点时数量可以较多，基本覆盖全区;(2)优先在地下水露头、分水岭等关键位置布设测点;(3)测点的地理位置还要有利于在短时间内推进统测工作，优先选择交通便利和易于找到民井的地点。

统测网点的初步布置是在1∶25万地形图基础上进行的，利用ArcGIS进行配准，读取观测点坐标，整理成表。按照海流兔河流域的特点，笔者将水位统测网的测线分为3级:一级测线沿海流兔河延伸方向布置，贯穿全区，基本每隔5km设一个测点;二级测线沿流域地表分水岭布置，圈闭整个研究区，一般每隔5～10km设一个测点;三级测线介于上述测线之间，基本与一级测线平行分布，主要起到加密监测地下水位的作用，一般每隔5km设一个统测点。全部观测点有83个详见图1。

上述水位统测网的测点数量较多，由一支队伍在很短的时间内测绘完成比较困难。为此，在实际工作开展之前，需要进行优化设计，选择一个测点少而效果又好的方案。笔者初步设计了以下6种不同级别的观测方案:

(1)一级测线，测点平均间隔10km

(2)一级测线，测点平均间隔5km

(3)一级加二级测线，测点平均间隔10km

(4)一级加二级测线，测点平均间隔5km

(5)一级加二级加三级测线，测点平均间隔10km

(6)一级加二级加三级测线，测点平均间隔5km

(圆点为一级统测点,三角点为二级统测点,方形点为三级统测点)

3 地下水位的密网格试探性模拟

由于缺少观测资料，无法根据以往的地下水位分布图来检验水位统测网点布置的合理性。一种可以替代以往资料的方法，是进行高密度网格的试探性数值模拟，获得参考水位分布。因而，首先尽可能地搜集、掌握研究区的水文地质条件、气象资料(尤其是降水量、蒸发量)等，利用同类区域的经验水文地质参数，建立研究区地下水流场的概念模型。研究区的数字地形图可从USGS获取，基本的气候资料和含水层经验参数也已具备。区内仅有的2个动态监测孔表明地下水的季节性水位变幅小于2m，动态比较稳定，因此可进行初步的稳定流模拟，得到评价观测网的参考水位等值线图。本文以Processing Modflow软件为平台，采用500m×500m的加密网格单元，模拟出了研究区的地下水分布，作为参考水位等值线图(图2)，供下一步观测网优化设计使用。

有了参考水位等值线图之后，就可以以“纸上谈兵”的方式按照统测方案，对网点上的水位值进行采样(相当于测量水位)，作为水位统测的试验结果。然后，以采样数据为基础，绘制统测水位等值线图。通过参考水位等值线图和统测水位等值线图的对比，可以优选出最合适的采样方案指导实际统测工作。

4 水位统测效率的Kriging插值评价

4.1 统测地下水位的Kriging插值

地下水位统测只能得到散点地下水位值，需要采用一定的插值方法绘制成等值线图。本文采用Kriging插值法进行计算机自动绘图，统测水位等值线图的背景网格密度与参考水位等值线图一致，也达到500m×500m。

Kriging插值法从数学上讲是一种对时空分布变量求最优、线性、无偏内插估计量的方法。从水文地质角度讲，它是一种根据已知观测点上水文地质变量(水位、水质、渗透系数等)的实测数据，对其进行空间变异性分析之后，将插值点周围已知点的测量值赋予一定的权系数进行加权平均，来估计插值点水文地质变量的方法[6]。散点数据的插值方法有很多，但Kriging法的优势在于插值结果更好地反映了数据的空间变异性。

本文使用Surfer软件生成数字化的统测水位等值线图，该软件可以进行自动化的Kriging插值。选用Kriging法时，变异函数模型的选取对插值结果可能有较大的影响。Surfer软件提供了线性模型、指数模型、高斯模型和球面模型等变异函数。选择什么样的变异函数需要根据散点数据的统计特征和实际水文地质条件来判断。但是，当样本点很多又分布均匀时，插值生成的等值线图对变异函数模型的选取及其参数并不十分敏感。本文通过实验半方差图等的综合比较，发现选择线性变异函数和指数变异函数得到的水位插值结果基本一致，比其它变异函数模型误差小。为方便操作，以下分析均采用线性变异函数的插值结果。

4.2 插值误差对方案选择的敏感性

得到数字化的统测水位等值线图之后，为了评价其效果，需要将其与参考水位等值线图进行对比，确定插值误差的大小。插值误差的计算公式为

式中，Δ为平均相对误差;hi为水位统测插值结果，Hi为参考水位等值线图的结果，Hmax和Hmin分别为参考水位的最大值和最小值，n为等值线图栅格节点总数。

按照本次设计的分级统测网6种方案，逐个进行水位统测试验，对每次试验生成的等值线图进行误差计算，确定插值误差随不同方案的变化特征，见表1。可以看出，一级测线对整个流域地下水分布起着控制作用，添加二级测线后，相对误差大幅下降，可以较好地刻画河流两侧等水位线的形态特征。添加三级测线，可以使得统测网更加精细，使一级与二级统测点间的大部分空白区域得到补充。从表1还可以看出，添加二级测线之后，插值误差对测点和高级别测线的增加已经很不敏感。按照精度需要和可接受的测点数量，本文最终选用相对误差接近1%、含49个测点的方案(5)作为最优方案。

5 实施效果讨论

本文设计的地下水位统测方案于2010年7月在海流兔河流域进行了实施。本次水位统测历时9d，利用了静态与动态高精度GPS测绘相结合的方式，共观测了47个水文点，采集了各点的地理坐标、地面标高和地下水位埋深。野外数据收集整理后，利用Suffer进行Kriging插值，得到整个流域的地下水位等值线图(图3)。这是海流兔河流域的第一张实测水位等值线图。

统测水位等值线图与参考水位等值线图的基本形态是一致的，这说明进行密网格地下水模拟时对水文地质条件的处理还比较合理。统测水位等值线图较好的反映了研究区的地下水分布特点，显示了以海流兔河为排泄基准面对流域地下水的控制作用。流域北部水力梯度较小，符合北部地势平坦、河流切割很浅的特点，南部河流两侧水力梯度较大，也符合河谷深切的地貌特征。

本次工作施测区范围大，道路交通比较困难，除海流兔河外，地下水露头较少，时间紧，若完全以初期拟定的83个观测点施测，任务繁重难以完成。经过优化设计后，减少了30多个观测点，在保证统测精度的前提下，大大减轻了工作量，按时完成了统测任务，达到了优化设计的目标。

6 结论