空间科学技术

空间科学技术（共12篇）

空间科学技术 篇1

摘要：很多观众都说“《盗梦空间》是近年来少见的尊重观众智力的电影”。“尊重智力”主要体现在巧妙的情节安排上, 而这些情节安排又和所谓的“梦的特性”有很大的关系, 比如梦中的时间会很长, 梦中还会做梦, 在梦中还会知道自己在做梦……这些听似有理的做梦的事儿都有科学依据吗?下面就让我们和梦境专家一起, 看看那些关于梦的事哪些是事实, 哪些不靠谱。

“梦中梦”确有其事

无论是两千多年前的《庄子·逍遥游》还是今天的《盗梦空间》都强调, 一个人很难知道自己是在现实中还是在梦中, 但外人却很容易知道。第四军医大学唐都医院睡眠中心负责人宿长军说, 通过“多导睡眠检查”可以轻易知道受试者处在什么状态, 清醒、无梦睡眠还是在做梦。做梦的时候, 人的脑电图会变得杂乱无章, 和清醒时很不一样。

那么, 梦中的世界遵守现实世界的规律吗?著名科学杂志《新科学家》的编辑霍珀在《新科学家》网站上刊发《梦之科学》一文, 提及了关于这个问题的很多争论。确实, 在梦中会发生不可思议的事情, 就像电影中表现的, 巴黎的街道折叠起来、酒店中出现失重现象……但是梦中人的意识还是会遵循一些规律。比如做梦的人憋尿时, 梦中就会下雨。宿长军说, 外界出现冷、热、声、光等刺激时, 做梦的人也会有所反应。比如当人睡觉时胸部压着东西的时候, 可能会梦见胸闷。但现在科学界对“感官刺激与梦境如何互动”这个问题还不很清楚。

“梦中做梦”是《盗梦空间》的一个重要设定。在电影中, “梦中的梦”和现实中睡觉做梦没有本质区别, 只是层次更深, 也更深入人的潜意识。宿长军说, 有时候梦中确实可以做梦, 但这并没有什么特殊性。因为梦中可能出现任何事情。人只是梦见自己有“做梦这种行为”, 并非真的进入了“第二层梦境”。所以, 《盗梦空间》中的描述只是艺术的夸张而已。

梦也可以“被控制”

在《盗梦空间》中, 盗梦者柯布在需要欺骗的对象产生怀疑时, 采取了“险中求胜”的招术———告诉对方他在梦中, 自己则是梦中的“保护者”。这就牵扯到“清醒的梦”的概念, 这种梦的特点就是做梦者意识到自己在梦中, 甚至能够在一定程度上控制自己的梦境。

宿长军说, “清醒的梦”是做梦者处于半梦半醒之间的一种状态。有时做梦者特别想醒来, 却怎么也醒不过来, 就会出现“清醒的梦”, 术语叫“睡麻痹”。根据脑科学家的调查, 有些人可以很自然地做这种梦, 而另一些人据说可以被“激发”出这种梦。

而霍珀在《新科学家》网站上的《梦之科学》一文中说, 最好的培养“清醒的梦”的方法是一睡觉就问自己:“我是在做梦吗?”这种习惯会自然而然地被带入梦中。狂热的电子游戏迷可能是最好的做“清醒的梦”的人, 因为他们总是集中精力完成一个任务。在《盗梦空间》中, 那些“盗梦者”能在梦中完成复杂的任务, 比如阅读。不过, 实际上大多数人无法在梦中完成这些事情, 即使是在“清醒的梦”中也不可能。

梦中时间长短不一, 很难同步

影片里有一个重要的设定, 就是梦中的时间长度比清醒时长得多, 现实中的一分钟, 在梦中就是20分钟。如果梦中做梦, 时间还会依次放大。这个设定的“科学依据”是梦中人的脑活动比清醒时更快。宿长军说, 做梦的时候, 人的脑电图会变得杂乱无章。脑电波的活动确实非常快, 比清醒时还要快, 大脑的新陈代谢相当强烈。

毕业于武汉大学心理学系的张穆君表示, 在梦中人的大脑确实比清醒的时候更活跃一些, 脑细胞的连接更多, 可能会因此觉得时间过得更慢。中国有“黄粱一梦”的故事, 一觉的功夫可以梦见半辈子的荣衰。不过, 在梦中并没有参照物, 所以无法得出“梦中的时间是清醒时的20倍”这样的结论。

对时间的感觉也和年龄、阅历有关。曾有心理学家做过实验, 让中青年和老年人都在没有表的情况下数秒计时, 让他们认为数到3分钟时停止。结果中青年平均数了3分钟3秒, 而老年人平均数了3分钟40秒。这说明年轻人觉得时间过得比较慢, 老年人觉得时间过得比较快。所以每个人对时间的感觉并不一样, 如电影中那样在“共同的梦”中实现时间的同步是很难的。

值得一提的是, 在梦中的经历省略了中间过程, 所以经历显得更多, 也会产生“时间长”的感觉。

(摘自《新京报》2010年9月15日, 有删改)

空间科学技术 篇2

总体部招聘启事

【基本情况】

中国空间技术研究院总体部（501部）是院型号研制项目管理和技术抓总单位，是集航天器系统研发、系统设计、系统集成、系统服务和系统工程项目管理于一体的工程技术实体。承担了70多颗不同类型的人造卫星、4艘无人试验飞船和3艘载人飞船的总体设计工作。总体部具有一流的航天器研制能力和设计水平。目前在航天器总体设计方面已经形成了传输遥感卫星、空间科学与深空探测卫星、导航卫星、返回式卫星与空间安全四大领域，以及供配电、热控、机械、电子、通信、系统工程、综合测试、在轨管理等八个专业设计体系，是目前国内覆盖领域最多、专业最为齐全、配套设备先进、人才最为集中的航天器总体设计单位。以系统研发、试验保障、技术资料中心和信息中心为四大支撑点，已经初步建立起了适应多任务、多型号和批生产要求的型号研制管理体系。

总体部科研设施完善，科研技术实力雄厚。截止目前，共获得国家科技进步奖10项、国家自然科学奖1项、国防科学尖端科研成果奖59项、国防科学技术奖104项、部级奖励200多项。总体部具有雄厚的人才实力，拥有一大批航天高科技人才和系统工程管理人才，5位中国科学院院士和中国工程院院士曾在总体部工作，走出20多位总设计师，拥有部级专家13人、新世纪百千万人才工程国家级人选3名，省、部级专家17名，高级专业技术职务人员达到30%以上。

【需求专业】

电子专业 机械电子工程专业 仪器科学与技术专业

计算机科学与技术专业 测试技术与仪器专业 物流管理专业

数控类技术 工业仪表及自动化专业 工商管理专业

人力资源专业

【具体要求】

1、全日制本科学历；

2、北京生源；

3、学生干部、党员、在校期间获得奖学金者优先；

4、英语四级425分以上（请在简历中标明英语四、六级分数）；

5、遵守国家法律、法规，具有良好的职业道德、敬业精神和沟通合作意识；

6、应聘人员与五院院本部已聘任员工不得有夫妻关系，直系血亲关系，三代以内旁系血亲或近姻亲关系；

7、身体健康。

【联系方式】

Ø北京市海淀区友谊路104号总体部人力资源处邮编：100094

ØE-mail：isse_hr@sina.com

（简历请务必以“姓名-学校-专业-学历”命名，如“张三-北京联合大学-计算机科学与技术-本科”）

联 系 人：余老师

国民技术:下跌空间被封死 篇3

可信计算在国内处于起步阶段，未来发展前景广阔。根据我们的了解，目前使用了可信计算芯片的PC及NB主要用于公共领域，包括政府机关、公共事业、教育单位、邮电系统等，整体出货量较小。而在日本等一些发达国家，基本所有的NB都会配置可信计算模块。如果未来国内可信计算模块能渗透到个人PC及NB领域，发展前景将非常广阔。

新业务打开公司业绩增长空间。继2.4G有望成为国家移动支付标准的利好后，公司在可信计算领域也取得重大进展。未来公司还有手机PA、CMMB内置芯片、社保卡、金融IC卡、TD-LTE等多种新业务及新产品有望进入或推出，业绩增长潜力良好。

地下空间防潮技术初探 篇4

地下空间长期处于潮湿状态,会造成如下不良影响:1)导致储存的食物与服装霉烂、装备与武器生锈、弹药潮湿结块、仪器仪表失灵等;2)影响地铁、过江隧道和山体隧道的交通安全;3)给长期工作在地下空间内的人们带来极度的不舒适感及健康上的影响;4)影响结构强度,对地下空间安全带来极大的隐患。因此,解决地下空间的潮湿问题十分重要。本文结合科研与施工实践,介绍一下对地下空间防潮技术的认识与理解,希望与各位专家学者共同探讨、交流。

1 造成地下空间湿度增高的原因

自然界中,空气中始终含有水蒸气,不存在绝对不含水蒸气的空气,因此,我们周围的空气都是湿空气。

地下空间内部湿度增高,意味着单位体积内水汽质量增加,我们必须找到造成湿度增高的水源。造成地下空间湿度增高的水源有两个:1)渗漏:水通过地下空间的结构层进入地下空间内部,并通过蒸发进入空气中,造成湿度增高;渗漏量越大,进入地下空间的水越多,地下空间湿度变化越大。2)通风:在霉雨季节进行了地下空间的通风换气,导致外部高湿度空气进入地下空间,造成湿度增高。地下空间内外空气湿度差越大,对流越充分,湿度变化越大。

人们对地下空间内湿度的要求,与地下空间的用途紧密关联,湿度大小必须满足地下空间的用途需求,以不造成负面危害为标准。在现实中,地下空间内的湿度往往高于实际需求,这就需要我们找到降低湿度的办法。

2 解决地下空间潮湿的技术路线

要降低地下空间内的空气湿度,必须杜绝造成空气湿度增高的水源,把地下空间内空气中的含水量降低到最小值。为此,应采取以下3项措施:1)构筑无缝防水防潮系统,杜绝地下空间周围的水向地下空间内渗漏;2)合理控制通风:在干燥低温的季节进行通风换气,把地下空间内的高湿空气置换出来;3)加强除湿:采用机械或化学除湿工艺,加强地下空间内空气除湿,进一步减少空气中的水汽含量。

3 构筑无缝防水防潮系统

我国建筑防水材料品种繁多,防水行业根据材料的组成、形态、功能等对防水材料进行了分类[2]。笔者根据防水层在工程应用中有无渗水孔隙,把防水材料分为有缝防水与无缝防水[3]。

有缝防水是指:1)本身存在渗水微孔、缝隙的防水层;2)按照施工工艺,不能确保渗水微孔、缝隙得到有效封闭的防水层;3)防水层虽然无渗水微孔、缝隙存在,但在长期水浸的情况下,容易失效的防水层。有缝防水主要包括防水砂浆、防水混凝土、以水泥为连续相的防水涂层和水乳型涂料形成的涂层、接缝和收头未得到可靠密封的卷材防水层以及各类瓦材。

无缝防水是指按照施工工艺形成的无渗水微孔、缝隙的防水层,主要包括反应固化型和溶剂挥发型有机防水涂层,以及接缝、收头得到可靠密封的卷材防水系统。

有缝防水与无缝防水的显著区别:1)前者有渗水微孔、缝隙存在,应设计在以排为主的工程上,后者没有渗水微孔、缝隙存在,可设计在以防为主的工程上,也可设计在以排为主的工程上;2)无缝防水受施工条件、环境因素的影响小,在不同地域、不同工程上,由不同的施工单位施工,认真操作,都能确保防水层无渗水微孔、缝隙出现。

对于新建工程,应严格遵守GB 50108《地下工程防水技术规范》的技术要求,坚持刚柔结合的设计原则,在混凝土刚性防水层迎水面设计无缝防水系统,提高新建工程的防水防潮性能。本文主要介绍在既有工程出现渗漏后构建无缝防水系统的方法。

3.1 渗漏现象

根据JGJ/T 212—2010《地下工程渗漏治理技术规程》的定义,渗漏是透过防水层和结构层的水量大于该部位的蒸发量,在结构层背水面形成渗流或湿渍的一种现象。对于任何一项工程,渗漏与否,与渗透量和蒸发量的大小密切相关,渗透到结构层背水面的水,同时向空气中蒸发:1)当渗漏量大于蒸发量时,工程表现为渗漏;2)当渗漏量小于蒸发量时,工程表现为不渗漏。

在结构层背水面,水的蒸发量与下列因素有关:1)温度:温度越高,水的蒸发量越大;2)湿度:空气湿度越低,水越容易向空气中蒸发;3)对流:水表面空气对流状况越好,水就越容易向空气中蒸发。

处于地面以上的建筑,受阳光和风的作用,结构层背水面的水容易挥发;处于地下的建筑,温度较低、空气湿度大且不对流,结构层背水面的水不容易蒸发,相对地面以上的工程,更容易表现出渗漏现象,甚至当湿度较大时,空气中的水分还会在结构层背水面凝结。所以,在地上建筑防水及渗漏治理中取得的成功经验不能完全照搬到地下工程渗漏治理中,在地下工程的渗漏治理中,更应加强技术措施。

对于众多的渗漏工程,渗漏的表现形式只有四种:1)渗流:在结构层背水面有液态水存在,水以流动的形式渗漏;2)湿渍:水把结构层背水面成片浸湿;3)潮湿:水以气态的形式向地下空间渗透,造成空气湿度升高;4)混合现象:渗流、湿渍、潮湿中2种或2种以上的形式同时存在。JGJ/T 212—2010《地下工程渗漏治理技术规程》并没有把潮湿列为渗漏,实际上,潮湿是最轻微、治理难度最高的一种渗漏现象,其危害程度并不低于渗流与湿渍,因此渗漏的定义应包含潮湿这一现象。

3.2 渗漏原因

对于不同的工程,渗漏的具体原因虽不一样,但都具有两个共性:1)防水层失去整体性,存在水可渗透的孔隙;2)孔隙表面存在水。不同的渗漏工程,渗漏程度不同,渗漏量的大小不一样。影响渗漏量的因素有:孔隙尺寸、水压、水的作用时间、水源大小。

3.3 渗漏治理

制定渗漏治理方案时,一般从下列几方面构筑方案框架:1)牢记造成渗漏的共性,消除产生渗漏的条件。已经渗漏的工程,说明防水层上有渗水孔隙,并且孔隙表面存在水,应首先考虑加强排水的可能性;2)在修复混凝土的抗渗性时,应把混凝土结构层分为混凝土板块、变形缝、穿越混凝土板块的管道三部分。通过技术处理,使混凝土板块的抗渗性达到防水防潮的技术要求,穿越混凝土的管道与混凝土板块之间采用注浆、密封技术使之连接成一个整体,变形缝内采用可伸缩的止水带把混凝土板块连接为一个整体。

3.3.1 加强排水

多年来,我国的建筑渗漏率居高不下,原因之一是我们违背了自然规律,表现在两个方面:1)忽视了排水功能:突出人的能力,过分强调“防”的作用,殊不知,水可通过的孔径在纳米级范围内,人类肉眼不足以看到如此小的渗水孔径。让施工人员去消除看不到的渗水孔径,大大提高了施工难度,有时不如“排”的效果;(2)忽视了所有物质之间永远存在距离:距离就是孔隙,孔隙小于20 nm时,水分子不容易通过,当孔隙达到20 nm时,水分子就容易通过孔隙造成渗漏。世界万物均在不停的变化中,物质之间的距离也在不断变化,建筑物在使用过程中,主体结构会产生新的开裂,防水层也易随之破坏,从而失去防水功能。因此,防水层上的孔隙永恒存在,我们不可能消除这些孔隙,只能力求把孔隙降低到最小。如果我们加强了排水,即使防水层上存在渗水孔隙,也可大大降低渗漏带来的危害。

有相当一部分专家学者反对加强地下建筑的排水功能,其理由有二:1)担心基础被水冲空,影响建筑安全;2)忧虑地下混凝土主体结构碱流失,破坏主体强度。上述担心和忧虑有道理,笔者并不反对,但可以采取技术措施来避免出现这些弊端。

排。造成地下空间渗漏的水源有两个:地下水和雨水。对于住宅建筑,通过加强排水措施,可以把建筑物周围的雨水排走;对于离壁式洞库,通过加强排水措施,可以把主体结构与支护层之间的地下水排走;地下空间内可设置排水沟、集水井进行排水。通过排水,减少了地下防水层表面的积水,大大降低了渗漏隐患。

堵。对于住宅建筑,如果地下建筑周围的回填土不是松散的建筑垃圾,而是分层夯实的三七灰土,可以把建筑物周围的水堵在防水层之外,从而减少地下防水层表面的积水,也可大大降低渗漏隐患。

截。对于地下空间,如果其周围存在水源,如:山泉,通过截流,使水源远离地下建筑,同样可大大降低渗漏隐患。

通。加强地下空间通风和空气对流,即使有微量渗漏,也不会在建筑物背水面形成湿渍,并且合适的通风措施可把空气中的水汽排走,预防结露现象。

在方案设计中,排、堵、截、通的运用,应坚持因地制宜,结合工程的具体特点设计。

3.3.2 注浆止漏

地下建筑发生渗漏是因为地下柔性和刚性防水层同时缺失或失效,防水层失去整体性,防水层上有水可渗透的孔隙。渗漏治理的过程,就是恢复防水层的整体性或者重新构建新的防水层的过程,通过治理形成完整的防水系统。

以水泥为连续相的防水混凝土、防水砂浆、无机防水堵漏材料和防水涂层,内部存在大量渗水孔隙,这些渗水孔隙四通八达,呈立体网状,孔隙形状、孔径大小不一,相互之间或联通或封闭,从而导致混凝土渗漏。影响水泥类刚性防水层抗渗性能的因素,一是厚度,二是密实性,三是孔隙之间的联通率。

在地下空间渗漏治理过程中,我们一般不增加混凝土的厚度,而是采取注浆技术向混凝土内灌注聚氨酯等灌浆材料,以提高混凝土的密实性,减小或消除渗水孔隙,降低孔隙之间的联通率,达到提高混凝土抗渗性、减小渗漏量的目的。

对于砖砌主体结构,由于主体结构内外两侧均抹有水泥砂浆层,砖块被包裹在两层砂浆之间,施工中可向砖砌主体结构内灌注聚氨酯灌浆材料,使浆液填充、封闭砖砌体内的渗水孔隙,达到提高砖砌墙体抗渗性的目的,但会耗费较多的注浆浆料。

无论主体结构是现浇混凝土还是砖砌结构,通过注浆,止住明水渗漏后,还需要构筑防水防潮屏障,其理由如下:1)主体结构是亲水性的多孔性材料,即使通过注浆提高了密实性,只能达到减少渗漏量的目的,尚不足以完全解决渗漏。2)当地下水位发生变化时,发泡后的聚氨酯注浆材料易产生干燥收缩,从而再次产生渗漏孔隙,水再次来临时,会重新产生渗漏。

3.3.3 防潮屏障

通过注浆工艺,可以治理明水渗漏,但地下空间背水面仍然会有湿渍、空气湿度仍然会很高,因此,应继续构筑防水防潮层。在结构层背水面构筑防水防潮层的形式有以下两种。

3.3.3. 1 贴壁式防水防潮层

贴壁式防水防潮层,是指在地下空间背水面上抹压施工一道防水防潮层,材料性能必须达到如下几点要求:1)必须是刚性防水材料;2)防水层必须是无缝防水形式,能阻止水和水汽渗透;3)与混凝土基层具有优异的粘结力。

在以往贴壁式防水防潮层的设计中,抹面材料常选用防水砂浆,在文献[3]中,防水砂浆被列为有缝防水,用防水砂浆抹面的工程还会出现湿渍和潮气渗透,因此,防水砂浆不适合用于地下空间的防潮设计。

在地下空间防潮设计中,推荐使用ER防水防腐胶泥[4],它是由有机高分子材料组成的刚性防水材料,满足上述材料性能的三项要求。在地下空间背水面上去涂刮一层1.5 mm厚的ER防水防腐胶泥,形成一道全封闭的防水防潮层,可阻止水和潮气渗入地下空间。

3.3.3. 2 离壁式防水防潮层

离壁式防水防潮层,是指在地下空间背水面、距主体结构一定间距设置一道防水防潮层。离壁式防水防潮层必须达到如下两点要求:1)防水防潮材料选择卷材类防水材料,防水卷材与配套材料(密封胶、固定件等)形成完善的防水系统,防水层是无缝防水形式,能阻止水和水汽渗透;2)防水层与主体结构之间设置排水层。

设计一:防水防潮材料选用钮扣型HDPE防水排水板,在地下空间背水面(包括地面与四周立壁)钉挂、铺设防水排水板,在地下空间内表面覆盖一道由HDPE防水排水板构成的防水防潮层,可确保水和水汽不能进入地下空间。

防水排水板与基层之间有10 mm左右的间隙供排水用,在底板与立壁交接位置设置排水沟,立壁和地面的渗漏水(水和水汽)可以通过排水板与基层之间的排水层进入排水沟。

安装防水排水板时,排水板之间应顺水搭接,接缝采用热焊工艺,钉眼、接缝必须采取可靠的密封措施。地面排水板安装完毕,应浇筑混凝土保护层。

设计二:防水防潮材料选用织物增强型PVC防水卷材,在地下空间背水面立壁设置顺水条,PVC卷材钉挂在顺水条上,地面PVC卷材空铺,浇混凝土保护层。PVC卷材接缝采用焊接施工,接缝和钉眼应采取可靠的密封措施,地下空间内表面覆盖一道由PVC构成的防水防潮层。

PVC防水防潮层与结构层之间的空隙兼做排水层,排水层与排水沟联通。

离壁式防水防潮层设计的优点是施工简单快速,缺点是对于纵深的巷道和洞库,排水沟较长、排水坡度难以控制,防潮层接缝、钉眼多,对密封要求严格。这类设计实际案例少,经验与教训都需要积累。

4 合理控制通风

地下空间湿度较大时,可采取通风换气措施,用低湿度空气把高湿度空气置换出来。通风之前,必须确定地下空间之外的空气湿度较低,换进去的空气应是含水量较低的空气。

在干燥少雨的冬季,由于低温少雨,空气湿度低,是通风换气的最佳季节。在霉雨季节,降雨多气温高,空气湿度大,空气中水汽含量高,不适宜通风换气。通风换气之后,应尽量减少打开洞库大门的次数,防止湿空气进入地下空间。

5 加强地下空间除湿

当地下空间空气湿度较高时,也可以采取除湿技术降低空气湿度。除湿技术运用了露点原理和吸附原理。

5.1 露点原理

在水汽压不变的情况下,当温度下降达到某一温度时,湿空气的水汽压达到该温度下的饱和水汽压,水汽开始结露,该温度称之为露点温度(露点)。

当气压一定时,露点的高低仅与空气中的水汽含量有关。水汽含量愈多(少),露点愈高(低)。当空气中的水汽饱和时,露点与气温相等。实际上,空气的水汽常处于不饱和状态,故露点常低于气温。

水汽由气态变为液态的过程称为凝结。大气中水汽凝结的条件有两个:1)有凝结核存在;2)水汽达到饱和或过饱和状态。

大气中到处都是凝结核,水汽能否凝结取决于水汽是否达到饱和或过饱和状态。让水汽达到饱和状态有三个途径:1)通过蒸发,增加空气中的水汽,使水汽压大于饱和水汽压;2)通过给空气加压,使水汽在较高温度下达到饱和蒸汽压,即通过提高露点温度促使水汽凝结;3)通过冷却空气至露点以下,使水汽达到饱和或过饱和。显然,在地下空间防潮过程中,不可能通过增加空气湿度使水汽达到饱和状态,常采用第二与第三种方案,并以第三种方案居多。

5.2 吸附原理

利用干燥剂吸附湿空气中的水汽,把水从湿空气中分离出来,通过脱水使干燥剂再生,循环利用。

用于除湿的干燥剂分为两类:1)物理吸附:干燥剂吸附水后,没发生化学变化,如:活性硅胶、无水氯化钙以及利用毛细管作用原理吸附水的固体蜂巢构件;2)化学吸附:干燥剂吸附水后,发生了化学变化,生成了新物质,如生石灰吸水后变为氢氧化钙。

6 结束语

本文认为,构筑无缝防水系统、控制通风换气和加强地下空间除湿三项措施切断了地下空间潮湿的水源,是解决地下空间潮湿的有效途径,三项措施并用,可把地下空间湿度控制在我们需要的范围内。

摘要：分析了造成地下空间湿度增高的原因,提出了解决地下空间潮湿的三项技术措施:构建无缝防水防潮系统、合理控制通风、加强地下空间除湿。三项措施并用,可把地下空间湿度控制在所需要的范围内。

关键词：地下空间,防潮,无缝防水系统,通风,除湿

参考文献

[1]孙莹.我国建筑工程渗漏率高达80%建筑地下防水亟待关注[EB/OL].[2012-05-26].http://news.163.com/12/0526/20/82F7KQV400014JB5_all.html.

[2]项桦太,张文华.建筑防水材料分类[J].中国建筑防水,2001(4):4-5.

[3]陈宝贵,张美强.有缝防水与无缝防水[J].新型建筑材料,2009(11):79-80.

空间机械臂技术及发展建议 篇5

空间机械臂技术及发展建议

空间机械臂是一个机、电、热、控一体化的`高集成度的空间机电系统.文章概述了国内外该技术的发展情况;论述了空间机械臂在目标监视与观测、在轨试验和建设、行星与深空探测三个方面的任务;讨论了系统构成与功能.结合工程应用,提出了空间生存与性能保持、空间驱动与伺服、空间建标与测量、天地协同控制与示教、地面仿真训练与环境模拟五项关键技术.文章还对我国在该技术领域的发展思路提出了建议,并展望了我国空间机械臂技术的发展前景.

作 者：于登云 孙京 马兴瑞 YU Dengyun SUN Jing MA Xingrui  作者单位：于登云,孙京,YU Dengyun,SUN Jing(中国空间技术研究院,北京,100094)

马兴瑞,MA Xingrui(中国航天科技集团公司,北京,100037)

刊 名：航天器工程  ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENGINEERING 年，卷(期)：2007 16(4) 分类号：V423.4 关键词：空间机械臂   任务分析   关键技术  

《盗梦空间》背后的科学 篇6

The ideas behind the popular movie Inception—stealing thoughts and dreams, knowing that you are in a dream—seem like science fiction, but a number of real-life technologies show how actual science enables some of these fantastic ideas. Here are 10 real-life mind-reading or dream-reading technologies that exist now.

热映大片《盗梦空间》体现的一些理念——知道你正在做梦,于是来偷盗你的思想和梦境——看起来像科学幻想,但是现实生活中的许多技术表明,真正的科学能够让这些奇异的想法成为现实。以下便是真实存在于现实生活中的十种读心术或读梦术。

Stealing Images from Your Brain

从你的大脑中盗取影像

Scientists can’t “steal” coherent1) thoughts from the brain like Leonardo DiCaprio’s character does in Inception, but they can use technology to nab2) the images your mind sees. University of California, Berkeley, neuroscientist3) Jack Gallant uses brain-pattern analysis with fMRI4) scans and algorithms5) to model the visual system of a subject’s brain. He then shows the subject a movie, and can reconstruct fairly accurate images of the movie based on the subject’s brain scans. Gallant says it should be possible to reproduce dream images using this method. The problem, however: Only the dreamer knows if the reproductions are accurate.

科学家无法像《盗梦空间》中莱昂纳多·迪卡普里奥所饰演的角色那样从大脑中窃取连贯的思想,但是他们能够利用技术来攫取你头脑中出现的影像。加州大学伯克利分校的神经系统科学家杰克·加兰特利用功能性磁共振成像扫描技术和算法对一个实验对象的大脑模式进行分析,借此模拟出该实验对象的大脑的视觉系统。随后,他为这位实验对象放映了一部电影,而根据之后对该实验对象的大脑进行的扫描,他能相当准确地重构出那部电影的影像。加兰特称,利用这个方法重现梦中的情景应该是可以实现的。然而,问题在于:只有做梦的人自己才知道重现的情景是否准确。

Stealing Your Dreams

窃取你的梦境

Advanced Telecommunications Research (ATR) Computational Neuroscience Laboratories in Japan has a different technique for image-stealing. Instead of building a model of the visual system, ATR feeds fMRI scans into a computer, which “learns” how to associate changes in brain activity with different images. Lab scientists can reconstruct simple black-and-white images the subject is viewing by analyzing the blood flow in the brain’s visual cortex6). ATR says reconstructing dreams is harder because the brain signals during sleep may be “noisier”, and is now researching how to get more meaningful information from a sleeper’s brain.

日本高级电信研究所(ATR)的计算神经系统科学实验室拥有另一种不同的影像窃取技巧。该研究所并没有建立视觉系统模型,而是将功能性磁共振成像的扫描情况输入电脑,让电脑“学习”如何将大脑活动的变化与不同的影像联系起来。实验室的科学家可以通过分析实验对象的大脑视觉皮质的血液流动,来重构其正在观看的简单黑白影像。该研究所认为重构梦境更难,因为睡眠期间大脑信号会变得“更加嘈杂”。该研究所目前正在研究如何从睡眠者的大脑中获取更有意义的信息。

Re-enacting Your Dreams Using a Robot

利用机器人重现你的梦境

Two researchers, Fernando Orellana and Brendan Burns, from Union College in Schenectady7), N.Y., created a “Sleep Waking Robot” that replays the actions and gestures in your dreams. The researchers tracked various bits of data about a dreamer, like rapid eye movement electroencephalogram8) (EEG) readings9). They then fed this data into the robot. For instance, if the dreamer’s eyes looked left, so did the robot’s. Certain EEG patterns were also associated with certain preprogrammed robot behaviors as well. For example, high-activity REM10) sleep could trigger the robot to move as though it was flying.

费尔南多·奥雷利亚纳和布伦丹·伯恩斯是位于纽约斯克内克塔迪联合学院的两名研究人员,他们发明了一种“清醒睡眠机器人”,这种机器人可回放你在睡梦中的行为和姿态。研究人员跟踪了有关做梦人的各种数据,例如眼睛快速眨动时的脑电图(EEG)读数等,然后他们将这些数据传输给机器人。举个例子,如果做梦人的眼睛向左看,机器人的眼睛也会向左看。他们还将某些特定的脑电图模式与一些预先设定的机器人行为绑定在一起。例如,高度活跃的眼球快速转动时的睡眠可能会引发机器人高频率运动,看起来就像要飞起来似的。

Technology That Lets You “Enter” Your Dream

能让你“进入”自己梦境的技术

Inception director Christopher Nolan based some of the ideas in the movie on “lucid11) dreaming”, a type of dreaming where the sleeper is aware they are dreaming and can even exert some control over the dream. Some lucid dreamers can do so naturally, others are able to learn it. Stephen LaBerge, a psychophysiologist12) who popularized the concept while teaching at Stanford University for 25 years, also developed a lucid dream-inducing device. Called NovaDreamer, the device is a sleep mask that knows when to give cues—flashing lights—to the dreamer to stimulate awareness, but not wake him.

《盗梦空间》的导演克里斯托弗·诺兰在电影中的一些理念是建立在“清醒梦”的基础上的。在这种梦境中,睡眠者能够意识到自己在做梦,甚至还能控制自己的梦境。有些做清醒梦的人生来就能做到这一点,有些则能够通过学习做到这一点。生理心理学家斯蒂芬·拉伯奇在斯坦福大学任教的25年间推广了这一概念,而且他还开发出一种清醒梦的引发装置。该装置名为“新星梦仪”,是一种睡眠面具,它会在合适的时候给睡眠者以提示(运用闪光灯)来刺激他的意识,但却不会把他弄醒。

Spotting Lies

测谎

Recent technologies have gone beyond standard lie-detector tests to use brain information to determine if a person is lying. One technique, Brain Signature Profiling13), involves the subject remembering a scenario14) while wearing an EEG cap. The theory is that a different EEG reading comes from a subject remembering rather than merely knowing an event. The technique has already been used in countries like India, where profiling has been used in murder trials. Another new form of lie detection is fMRI-based, on the theory that we use different parts of our brains when lying.

最新的技术已经超越了标准测谎实验,开始利用大脑信息来确定一个人是否撒谎。其中的一种技术是“大脑信号成像技术”,在使用这项技术时,被测对象要戴着脑电图帽子回忆某个场景。这一技术依据的原理是,如果被测对象是在回忆而不仅仅是知道某个事件时,其脑电图读数是不一样的。该技术已经在印度等国家得以应用,他们将这种成像技术用于谋杀案的审讯中。还有一种新的测谎方式是基于功能性磁共振成像技术,其依据的原理是我们撒谎时使用大脑的不同区域。

Detecting Terrorist Threats

探测恐怖威胁

This isn’t strictly a technology that hooks into the mind directly, and it’s more similar to something out of the movie Minority Report15), but it’s still scary enough to be Orwellian16). The U.S. Department of Homeland Security is working on a system called MALINTENT. It reads blood pressure, heart and breath rate, non-verbal cues and facial expressions to determine intent to commit an attack or a crime. Development of the system has reportedly cost $20 million so far.

严格说来,该技术并不直接同大脑相关,倒是同影片《少数派报告》中出现的技术更为相似。但即便如此,它还是很可怕,足以形成一个像奥威尔所描述的那样统治严酷从而失去人性的社会。美国国土安全部正致力于玛林腾特系统的研究。该系统能够探测血压、心率、呼吸频率、非语言线索以及面部表情,并由此来确定攻击或犯罪的意图。据报道,该系统的开发目前已经耗资两千万美元。

Predicting Behavior

预测行为

Imagine the possibilities when you can predict what someone will do better than they can. Dr. John-Dylan Hanes of the Max Planck17) Institute for Human Cognitive and Brain Sciences has been researching how unique brain activation patterns found in fMRI scans can predict behavior. In one study, Hanes showed that he could predict accurately whether subjects would press a button with their left or right hand seven seconds before they actually pressed it.

试想一下这种可能性:你能够预测别人接下来要做什么,甚至比他们自己预测得都准确。马克斯·普朗克人类认知和大脑科学协会的约翰-狄伦·哈内斯博士一直在做一项研究,研究功能性磁共振成像扫描中发现的独特的大脑活动模式如何能够预测人的行为。哈内斯在一项研究中表明,他就能够在实验对象按动按钮的七秒钟前,准确地预测出他们会用左手还是右手来按。

Injecting Signals into the Brain

将信号植入大脑

Gallant says that planting ideas into people’s dreams is impossible, at least given existing technology. However, a device called a brain pacemaker18) implanted in the brain stem can send electrical impulses to specific parts of the brain, like a regular pacemaker does in the heart. It doesn’t change thoughts, but it does have medical applications. This treatment is called deep brain stimulation, which is used to mitigate symptoms of diseases like Parkinson’s19) with pulses that affect the neurons.

加兰特认为将观念植入人的梦境是无法实现的,至少就目前的技术来看是无法实现的。但是,将一种名为大脑起搏器的装置植入脑干,它就能像常规的心脏起搏器那样向大脑的特定区域发送电子脉冲。该装置不会改变人的想法,但的确可以应用于医学领域。这种疗法被称为脑深层刺激术,利用能够影响神经元的脉冲来缓解诸如帕金森之类的疾病的症状。

Controlling Prosthetics20)

控制假肢

Grabbing information from the mind doesn’t always have to be nefarious21). Much research in past years has focused on reading the mind as a way to operate prosthetics. A team of scientists at Johns Hopkins University, backed by the Pentagon22)’s R&D agency DARPA23), is getting ready to test a “modular prosthetic limb” in which an arm and fingers will be capable of movement. The team will hook up24) a series of microarrays25) implanted in the brain to record and transmit signals to the artificial limb.

从大脑攫取信息不一定总是邪恶之举。过去的许多研究都专注于将解读大脑作为操作假肢的一种方法。在五角大楼的研发机构——美国国防部高级研究计划局的支持下,约翰斯·霍普金斯大学的一个科学家团队正准备试验一个“组合式假肢”。该假肢的手臂和手指能够活动。该团队将把一系列植入大脑的生物芯片连接起来,用以记录并向假肢传输信号。

Restoring Sight to the Blind

让盲人重见光明

Another type of neural prosthetic is a visual prosthetic that allows the blind to gain some vision. In one such effort, Dr. Richard Normann of the University of Utah is developing an approach where an array of electrodes26) is implanted into the brain’s visual cortex. Video signals from a tiny camera inside a pair of eyeglasses are passed into the electrodes, stimulating specific neurons to produce images. Another approach by Dr. Joseph Rizzo of the Boston Retinal27) Implant Project works similarly, but electrodes are instead planted within the retina.

视觉修复术也是神经修复术的一种,它能够使盲人重获部分视力。犹他大学的理查德·诺曼博士就参与了这方面的研究,他正在研究一种方法,将电极阵列植入大脑的视觉皮层。视频信号从眼镜中的微型摄像机传送到电极之中,刺激特定的神经元,从而生成影像。参与波士顿视网膜植入项目的约瑟夫·里佐博士采用的是另一种办法,工作原理与上述大致相似,但他是将电极植入了视网膜。

1.coherent [kEu5hIErEnt] adj. 一致的,连贯的

2.nab [nAb] vt.〈口〉捉住,逮捕

3.neuroscientist [7njuErEu5saIEntIst] n. 神经系统科学家

4.fMRI:功能性磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging),一种新兴的神经影像学方式,其原理是利用磁振造影来测量神经元活动所引发的血液动力的改变。该方式目前主要用于研究人及动物的脑或脊髓。

5.algorithm [5Al^ErITEm] n. [数] 运算法则,算法

6.visual cortex:视皮层,视觉皮层;cortex [5kC:teks] n. (脑或肾的)皮层,皮质

7.Schenectady [skI5nektEdI] n. 斯克内克塔迪(美国纽约州东部城市)

8.electroencephalogram

[I5lektrEJen7sefE5lEJ^rAm]

n. [医] 脑电图,脑动电流图

9.reading [5ri:dIN] n. 读数

10.REM:眼球速动期(Rapid Eye Movement)。这是在睡眠周期的某个时期做梦时发生的痉挛性的眼睛的运动,快速并具有周期性。

11.lucid [5lju:sId] adj. 头脑清楚的,清醒的

12.psychophysiologist

[5saIkEu7fIzI5ClEdVIst]

n. 生理心理学家

13.profile [5prEufaIl] vt. 描(或显出)……的轮廓

14.scenario [sI5nB:rIEu] n. 某一特定情节

15.Minority Report:《少数派报告》,2002年在美国上映的科幻电影。影片的背景设定在2054年的华盛顿,那时人类的司法审判制度已经“进化”到在犯罪发生之前已能预知犯罪并逮捕将要犯罪的罪犯的地步。

16.Orwellian:指英国作家乔治·奥威尔(George Orwell)笔下所描述的一个处在严酷的极权统治下而失去人性的社会。他在传世之作《1984》中便呈现了这样一种社会状态。

17.Max Planck:马克斯·普朗克(1858～1947),近代伟大的德国物理学家,量子论的奠基人

18.pacemaker [5peIs7meIkE] n. 起搏器

19.Parkinson’s:帕金森病,又称“震颤麻痹”。该病是一种常见于中老年的神经系统变性疾病。

20.prosthetics [prCs5WetIks] n. [医] (假肢等的)修复学

21.nefarious [nI5feErIEs] adj. 邪恶的,穷凶极恶的

22.the Pentagon:五角大楼,美国国防部所在地

23.DARPA:美国国防部高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency)

24.hook up:(用钩等)连接

25.microarray [5maIkrEuE7reI] n. 微阵列;生物芯片

26.electrode [I5lektrEJd] n. 电极

浅析空间数据挖掘技术 篇7

空间数据库是一类特殊的数据库，地理信息系统（GIS）是空间数据库发展的基础，因此，对空间数据库[1]的研究是随着地理信息系统的发展而不断深入的。目前空间数据库及其挖掘的研究的重点主要集中在空间数据建模、空间数据存储与管理、空间查询与优化、空间关系分析、空间数据挖掘方法等方面。

2、空间数据挖掘的知识种类

从空间数据库中挖掘的知识种类主要有：概念描述、分类知识、聚类知识、偏差型知识、空间分布规律、空间关联规则[2]、空间区分规则、空间演变规则等。

(1）概念描述，从数据库中挖掘出数据的一些描述性的特征，例如数据的平均、最大值、总和、百分比等。一般地，这些知识从不同的层次和角度以统计曲线图的形式来表示。

(2）分类知识，给定训练数据集的特征和一些初始的分类结果，通过某种模型为每一类找到一个合理的判别规则，再利用这些分类判别规则对未知的、新的数据集进行分类。一般地，可以用产生式规则来表示分类的结果。

(3）聚类知识，也称无监督分类，其主要目的是客观地对处理对象的特征进行分类，将具有相同特征的对象归为一类。它与分类最大的区别在于分类是基于训练数据集的，并且事先对分类结果做了一些初始的主观假定。

(4）偏差型知识，从数据库中找出异常数据。例如，金融欺诈，洗黑钱等。

(5）空间分布规律，是指目标在地理空间的分布规律，可分成垂直向分布规律、水平向分布规律、垂直向和水平向的联合分布规律。

(6）空间关联规则，是指空间目标间相邻、相连、包含等空间关联规则。例如村落与道路相连、道路与河流的交叉处是桥梁等，从GIS的图形和属性库中，不难发现目标间的相连（如火车站与铁路相连）、相邻、加油站通常离高速公路很近等关系。

(7）空间区分规则，指两类或多类目标间几何的或属性的不同特征，即可以区分不同类目标的特征。

(8）空间演变规则，如果空间数据库是时空数据库或者空间数据库中存有同一地区多个时间数据的快照（Snapshot），则可以发现空间演变规则。空间演变规则是指空间目标依时间的变化规则，即哪些地区易变或不易变，哪些目标易变及怎么变，哪些目标固定不变。所有这些知识都可以在不同的概念层次上被发现，随着概念树的提升，从微观到中观再到宏观，以满足不同用户、不同层次决策的需要。

3、空间数据挖掘的处理过程

空间数据挖掘是空间数据库中知识发现过程的一个基本步骤。数据挖掘步骤是通过将有趣的模式提供给用户，或作为新的知识存放在知识库中这种与用户或知识库交互的方式来进行的知识发现过程的其中最重要的一步，因为它可发现隐藏的不为人知的模式。它由以下步骤组成：

(l）数据清理：通过填写空缺的值，平滑噪声数据，识别、删除孤立点，并"清理"不一致数据

(2）数据集成：对多种数据源进行集成

(3）数据选择：从数据库中检索与任务相关的数据

(4）数据变换：通过汇总或聚集等操作将数据变换成适合数据挖掘的形式

(5）数据挖掘：使用智能的方法来提取数据模式。先对数据挖掘的目标和知识类型进行确定，然后根据所需要的知识类型选择合适的挖掘算法，最后从数据库中按照选定的挖掘算法获得所需的知识

(6）模式评估：通过某种兴趣度量来评估真正有趣的知识模式

(7）知识表示：通过知识可视化表示技术向用户展示挖掘的知识

通过对以上过程不断地循环操作，可以对所挖掘出来的知识进行不断求精和深化。

4、空间数据清理

空间数据清理，又称空间数据净化、空间数据清洗等，是多元空间数据挖掘和知识发现，以及异种空间数据集成无法回避的问题。从广义上讲，凡是有助于提高空间数据质量的过程都是空间数据清理。狭义而言，空间数据清理是指了解空间数据库中字段的含义及其与其它字段的关系，检查空间数据的完整性和一致性，根据实际的任务确定清理规则，利用查询工具、统计方法和人工智能工具等填补丢失的空间数据，处理其中的噪声数据，校正空间数据，提高空间数据的准确性和整体的可用性，以保证空间数据整洁性，使其适于后续的空间数据处理。数据清理方法包括空缺值清理，噪声数据清理和不一致数据清理[3]：

4.1 空缺值

(1）忽略元组。在分类挖掘任务中，当类标号缺少时可忽略元组。如果元组的属性有多个缺值，那么该方法的效果不佳。

(2）人工填写空缺值。由于是人工操作，并且在数据集大，缺值多的情况下，该方法很费时，有时可能行不通。

(3）使用全局常量填充空缺值。用同一个常数替换空缺的属性值。但会给挖掘任务以误导，根据所填常数认为得到了一个有趣的概念。

(4）利用属性的平均值来进行空缺值填充。

(5）利用与给定元组属于相同类的所有样本平均值进行空缺值填充。

(6）使用最可能的值填充空缺值。

4.2 噪声数据

噪声表示了测量变量中的随机错误或偏差。因此，对于所给定的一个数值属性，需要进行数据平滑和去噪处理。常用的去噪方法有：分箱，通过考察存储数据周围的值来对其进行平滑；聚类，对散落在聚类集合之外的孤立点进行检测。人机结合，可以通过人工和计算机检查相结合的方法对孤立点进行检测。

4.3 不一致数据

对于有些事务，所记录的数据可能存在不一致现象，可以通过人工地进行加以更正，但要考虑参照材料的完备性。例如可以利用知识工程工具来检测违反限制的数据等。在数据集成过程中可能会产生不一致数据，比如当一个给定的属性在不同的数据库中可能具有不同的名字时，就会发生冗余现象。因此需要进行数据变换和数据归约。

空间数据清理是空间数据挖掘和知识发现的空间数据准备阶段必不可少的内容，主要有：确认输入空间数据，消除错误的空值，保证空间数据值落入定义的范围，消除冗余空间数据，解决空间数据中的冲突，保证空间数据值的合理定义和使用，建立并采用标准。现有的工具可分为三类：（1）空间数据迁移，允许指定简单的转换规则。（2）空间数据清洗，使用领域特有的知识对空间数据作清洗，采用语法分析和模糊匹配技术完成对多源空间数据的清理。（3）空间数据审计，通过统计分析空间数据发现规律和联系。

5、结束语

空间现实世界是一个多参数、非线形、时变的不稳定系统，从中采集到的空间数据多种多样，与一般数据相比，空间数据还具有空间性、时间性、多维性、海量性、复杂性、不确定性等特点。目前，虽然对空间数据挖掘的研究和应用取得了一定的成果，但是仍然存在诸多期待解决的技术难点和瓶颈问题。

参考文献

[1] (美) 沙克哈 (Shekhar, 5.) 等著;谢昆青等译.空间数据库[M].北京:机械工业出版社, 2004.

[2]涂建东, 陈崇成, 樊明辉等.基于Java3D的空间关联规则可视化原理与实现[J].高技术通讯, 2004, 36 (6) :98一102.

[3]范明, 孟小峰等译.数据挖掘概念与技术[M].北京:机械工业出版社, 2001, 8.

空间外差光谱技术仿真研究 篇8

空间外差光谱仪是在迈克尔逊干涉仪的基础上进行了发展,采用两个衍射光栅代替了迈克尔逊干涉仪中的两个平面反射镜,具有干涉仪的高通量和光栅空间衍射特点,在一确定的中心波长范围内,可以获得极高的分辨率,也可以应用成像系统获得一维空间分布及扫帚式成像。此外,空间外差光谱仪集成度高、体积小、重量轻、功耗小等特点较为适应遥感监测技术小型化、模块化、标准化发展的要求。

空间外差光谱技术的概念最早提出是在1971年,当时Dohi和Susuki[1]采用全息胶片作为探测器进行了空间外差光谱技术的实验研究。随着相关技术的发展,该技术在上世纪90年代得到了快速发展,其中美国和加拿大的相关研究起步较早。1990年,美国的J.Harlander与F.L.Roesler[2]开始采用CCD探测器进行了实用型SHS研究。在1991年,J.Harlander[3]建立了第一台空间外差光谱实验室样机,并立即得到了美国海军和NASA等机构的重视和支持。从2000年开始,J.Harlander等人开始研制中层大气羟基空间外差成像仪[4,5](SHIMMER:Spatial Heterodyne Imager for Mesospheric Radicals)系统,目前该系统已获得大量的实测数据。2004年,加拿大航天局(CSA)开始进行SHOW(Spatial Heteodyne Observations of Water)项目[6]研究工作,目标是发展星载近红外SHS系统对15~85 km高度大气层的水汽进行全球监测,目前该项目已完成实验室原理样机的研制工作。2005年,中国科学院安徽光学精密机械研究所开展了空间外差光谱技术研究[7,8,9],目前已分别完成了可见光波段和近红外波段的实验台装置,并获得了超高分辨空间外差光谱。

仪器仿真技术是通过建立数学模型模拟真实仪器的各种工作模式和工作状态,使人们在真实的仪器使用前就能较准确的了解该仪器在一定的工作环境和工作条件下可能产生的结果和存在的问题。与传统傅里叶变换光谱仪的仿真不同,空间外差光谱仪获取的干涉图调制方式为空间外差调制,其干涉谱的数学形式相对复杂。本文在空间外差光谱仪理论分析基础上,对特征光谱光源进行了干涉图的理论仿真研究,并与实验数据进行对比分析,从而衡量真实仪器的性能,进一步指导仪器的设计和实验的开展。

2 系统结构与基本原理

空间外差光学系统结构如图1所示,光栅1、光栅2代替了传统迈克尔逊干涉仪中的两个平面反射镜。光束源进入准直系统后入射到分束器上,分束器将入射光分为强度相等的两束相干光:一束透过分束器入射到光栅1上,经光栅1衍射后反射回到分束器上;另一束经分束器反射后入射到光栅2上,并经光栅2衍射后返回分束器。两束出射光发生干涉形成定域干涉条纹,并由光学成像系统成像于CCD探测器上。记录不同位置处的干涉条纹函数,并通过傅里叶变换即可恢复待测光谱曲线。图1中光楔1与光栅2用于扩展观测视场,下面只讨论轴上光的情况,以说明原理。

空间外差光谱仪中,光栅的位置固定不动,轴向光以θ角入射到光栅上,某一波数的光将以θ角原方向衍射回来,此时θ为光栅的Littrow角,对应的波数称为Littrow波数。Littrow波数的光谱元以相同的角度入射到探测器上,夹角γ为零,产生零空间频率的干涉条纹;而非Littrow波数的光谱元入射到探测器上,夹角γ不等于零,形成非零空间频率的干涉条纹。

干涉条纹产生的空间频率可以通过光栅方程进行推导

式中:σ为入射光的波数,m为光栅衍射级(通常情况下取m=1),θ为光栅Littrow角,1/d为光栅的刻线密度。任意波数为σ的光束入射空间外差光谱仪后,在出射面上与Littrow波数σ0的光束出射角相差角度γ,两光栅出射光波面相差角度为2γ,故波数为σ的两束光产生的干涉条纹空间频率为

对光谱B(σ)输入,探测器在x方向(光栅衍射方向)上获取的干涉图信号为

由式(3)可知,输出的干涉光函数I(x)为入射光谱函数B(σ)的傅里叶余弦变换。干涉光函数I(x)是随光程差的改变而发生变化。干涉条纹的空间频率是σ-σ0(光谱带宽内的任意波数σ与波数σ0的差)的函数,σ0为Littrow波数。与传统的傅里叶光谱仪相比,SHS在获得整个干涉图的过程中不需要移动反射镜来改变光程差。

3 单色光谱仿真

两Littrow波数的光经光栅衍射后的波前与光轴垂直,两波前同位相,位相差为不产生干涉条纹,我们将该波长的光频率(波数)视为空间外差光谱仪的系统基频。基频波数的光输出的两波面方向相同,非基频波数的光输出的两波面存在一个夹角,两束光将发生干涉,形成等厚干涉条纹,中心的光程差为零,两端的光程差最大,如图2所示。

传统的干涉光谱仪产生的干涉条纹空间频率正比于波数,零波数形成零空间频率条纹,实际工作光谱范围总是从零波数开始的,而空间外差光谱仪的干涉图依赖于外差频率,实际工作范围是从基频波数开始的。通过调制单色光源的干涉图,获得平场效果(干涉条纹空间频率为零),可以确定空间外差光谱仪的系统基频。

单色光谱仿真的目的是,讨论系统参数确定下单色光干涉图的基本情况,同时讨论在怎样的实验条件下,才能获得单色光干涉的平场效果,以及不同波数采样间隔对干涉图的影响。下面仿真计算中,假设空间外差光谱仪系统参数设计为:光栅的Littrow波长为632.8 nm,Littrow角10.94°,光栅的刻线密度为600 L/mm,探测器像元数为1 024×1 024,像元大小为12µm。在式(3)中x对应于光栅面上有效截面的长度,按1﹕1的成像比例计算,探测器大小为12 mm计算,则光栅的有效截面大小应该为12/(cos10.94°)mm。

3.1 带宽因素仿真

空间外差光谱仪的基频取决于两光栅的倾斜角度,通过干涉图平场效果的调制可以用来确定系统的基频的具体值。若输入的单色光源具有一定的带宽时,会对干涉条纹产生很大影响,甚至得到不到理想的平场效果。下面针对带宽因素对干涉图的影响进行仿真计算,分别对带宽为10 nm(615~625 nm)、1 nm(619.5~620.5 nm)、0.1 nm(632.7~632.8 nm)和0.01 nm(632.795~632.805 nm)的单色光源进行仿真计算,仿真结果如图3所示。

从以上仿真结果来看,单色光源带宽较大时,会产生中心极大值干涉图。要想得到较为理想的平场干涉效果,要求单色光源(激光)的带宽一定要在0.01 nm量级,如果单色光源带宽在大于此量级均较难达到平场干涉效果。

3.2 采样宽度因素仿真

由式(3)干涉条纹函数可知,对于某一确定位置点x,干涉条纹强度是对所有波长在该点的干涉条纹强度的积分。为了便于计算机编程处理,需采用离散形式,这就涉及到输入光谱采样宽度的问题。下面针对采样宽度因素对干涉图的影响进行仿真计算,对输入单色光源带宽为0.1 nm(632.75~632.85 nm)和0.01 nm(632.795~632.805 nm)都分别采用1 cm-1、0.1 cm-1、0.01 cm-1和0.001 cm-1的采样宽度进行仿真,仿真结果如图4所示。

从以上仿真结果来看,在仿真过程中光谱的采样宽度在达到了一定的程度后对干涉图的仿真影响结果不会太大。

3.3 实验结果

在实验室可见光波段空外差光谱仪原理装置上,采用594 nm的He-Ne激光器(带宽优于0.01 nm量级)作为光源进行干涉图平场效果调制实验。通过光栅方程,计算系统的Littrow角。固定一个光栅的倾斜角度(Littrow角附近),调整另一光栅放置的角度,以获取单色光干涉的平场结果,图5是在调整一个光栅角度过程中干涉图空间频率的变化情况(光谱采样带宽为0.1 cm-1)。

实验结果表明,在其中一个光栅放置的倾斜角度变化过程中(出射光的波面方向发生变化),干涉条纹的空间频率在发生变化,当两光栅出射光波面夹角为0时,干涉条纹的空间频率为0,出现平场干涉结果。从图5的干涉图变化趋势中可以看到干涉图(e)的空间频率最低,接近0频率(平场干涉)。其傅里叶变换光谱也可看到,单色光光谱单线几乎被边缘淹没。实验证实了使用较小带宽的单色光源并且采用合适的光谱采样带宽就能获得干涉图的平场效果,从而可以把空间外差光谱仪的系统基频调制到任意的波段范围之中。

4 连续光谱仿真

空间外差光谱仪可以在较小的波段范围内获得超高分辨率光谱,因此对于大气中的H2O、O3、CH4、CO2、NO及OH自由基等各种物质的探测和精确反演具有重要意义[10,11,12]。为了了解特定波段范围内的连续光谱干涉图调制情况,需对它进行理论仿真。

空间外差光谱技术通过频率外差调制的方式获得空间干涉图,因此会产生基频两侧光谱区相混叠的现象。可以通过以下两种方式消除:利用二维焦平面阵列和二维傅里叶变换技术,则可将基频波数两侧的光谱分布再现在二维傅里叶平面内的不同象限内,消除光谱的混叠现象;通过截止滤光片的办法对空间外差光谱仪的入射光进行滤波,这种方法无论成像系统还是非成像系统均适用。通过滤光片对基频波数的正方向(或者负方向)的波数进行严格截止滤波,使得在基频两端只有一个频率方向的光谱被探测到,消除了光谱混叠现象。本文采用第二种方案进行混叠光谱消除。

连续光谱干涉图仿真实验,具体的实现途径是以白光加滤光片作为光源,对滤光片的波长透过率进行检测定标,以滤光片的透过率此作为待测光源的曲线(假设平行光管光源光谱曲线是直线),然后根据干涉仪的系统参数模拟其空间外差干涉结果。仿真计算中空间外差光谱仪系统参数与2中一致。

4.1 白光加滤光片仿真

为了探测目标在不同波段范围内的特征光谱,需要改变空间外差光谱仪系统的光谱范围。实际实验中还可以通过选择不同中心波长的滤光片来限制光谱范围和消除混叠光谱。下面仿真计算中,分别对白光加中心波长为620 nm(带宽为7 nm)和632.5 nm(带宽为9 nm)的滤光片进行仿真,仿真结果如图6所示。

从连续光谱干涉图仿真结果可以看出,干涉图存在中心极值,干涉信号最强,对应于零光程差位置。两边干涉图关于零光程差对称,并且干涉信号衰减较快。

4.2 实验结果

连续光源实验方案为:用单色光源调制系统基频的方法,获取干涉图的平场效果,然后把单色光源换成连续光源进行空间外差光谱实验。调整一个光栅在Z轴(光轴)方向上的位移,寻找0光程差位置,即找到连续光谱干涉的中心极大值位置。实验时,利用632.5 nm激光器调制系统基频,在连续光源(采用中科院安徽光机所研制的SYSTEM-2505积分球光源)中分别加入中心波长为620 nm(带宽为7 nm)和632.5 nm(带宽为9 nm)的滤光片,实验结果如图7所示。

通过对比仿真干涉图和实测干涉图,两者能够较好的稳合,并且傅里叶变换后的光谱图形状一致。光谱实验获得的632.8 nm的连续光谱的强度大约是620 nm的两倍,原因是系统没有进行截止滤波,632.8 nm两端的光谱重复干涉导致最后干涉强度增强。

5 结论

文章通过对空间外差光谱仪进行单色光源和连续光源的干涉图仿真,以及仿真结果与实测数据对比分析,可以得出仿真结果与空间外差光谱仪技术原理、理论分析和实验结果一致。通过开张针对不同系统参数以及输入光源的仿真工作,可以为实际实验供有益的参考,同时为空间外差光谱仪系统的设计和改造提供必要的依据。本文仿真工作还未涉及到输入光源含有探测目标信息(如水汽吸收线等),这是我们下一步工作仿真工作方向。

摘要：针对空间外差光谱技术(SHS)仿真研究,本文介绍了不同特征光谱光源的仿真计算。根据空间外差光谱仪的基本原理和系统结构特点,以及SHS系统参数与光谱干涉的调制关系,分别对单色光谱、连续光谱进行了理论仿真探讨,并且分析了不同带宽和采样间隔对仿真结果的影响。此外,采用空间外差光谱仪实验台装置获取实测数据,并与仿真结果进行对比分析。实验结果表明理论仿真数据和实测数据能够很好的吻合,能够为实际工作提供有益的参考,同时为SHS系统的设计和改造提供必要的依据。

关键词：空间外差光谱仪,仿真,傅里叶变换光谱

参考文献

[1]Suzuki Dohi.Attainment of high resolution holographic Fourier transform spectroscopy[J].Applied Optics,1971,10:1137-1140.

[2]Roesler F L,Harlander J.Spatial Heterodyne Spectroscopy:Interferometric performance at any wavelength without scanning[J].SPIE,1990,1318:234-243.

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[11]Englert C R.Spatial heterodyne spectroscopy for atmospheric remote sensing[C]//ASSFTS12th Workshop.Canada:[s.n.],2005.

录井技术现状及空间拓展分析 篇9

虽然近几年来, 录井技术已经有了很大进步, 录井企业的产值也在不断增加, 但是录井企业的效益却没有得到相应的提升, 无论在技术还是市场等方面都存在许多制约因素[1]。因此, 需要在继承与发扬传统录井技术的优势同时, 还需要不断进行技术开发与更新, 从而不断提高录井企业的经营管理效益水平。

2 录井技术的发展现状分析

现代录井技术以通信网络、传感仪表以及计算机的应用这三大技术为支柱, 带有明显的信息技术的特征。作为油气勘察与开发行业, 录井技术在油气综合评价、工程服务以及信息服务等方面的技术含量持续上升。

2.1 录井技术与相关行业的新技术配套发展现状

录井技术一直是为钻井现场服务, 这是录井行业的主营业务。随着新技术的发展运用, 大位移井、水平井、非常规钻井液钻井以及PDC高速钻井等新技术已经在钻井行业得到广泛的应用, 当前, 通过采用地化录井以及定量荧光等技术有效解决了在钻井液中的石油添加剂问题;利用快速色谱技术提高了快速钻进工程中的地层分辨力;利用岩性显微分析与鉴定技术、岩屑的数字图像处理技术以及自然伽马的岩性识别分析技术等提高了在细岩屑岩性以及含油性的识别判断水平;而利用水平井的地质导向技术则可以保证水平井中的井眼轨迹[2]。此外, 还有振动分析钻具技术、地层压力测试、煤层气的录井技术等, 都为实现油气勘探企业的效益目标提供了坚实的技术支持。

2.2 油气的勘探与评价等技术水平日趋完善

围绕油气勘探与开发的相关需求, 需要融合单项录井技术以综合解释与评价油气水层, 这对钻井现场的随钻分析要求也更高, 在钻井现场的快速解释, 可以有效的识别录井地层, 从而准确的判断油气断层并落实油气显示。结合评价资料, 地质专家可以建立钻井现场的油藏模型, 以指导钻井的现场施工。因此井位测量、岩屑录井、核磁共振、岩屑显微成像以及钻井现场的矿物分析技术的不断完善, 可以进一步提升钻井现场的快速解释与油气层评价水平, 从而促使录井工作准确性与精确度大大提升。

2.3 录井技术的取样与分析发展现状

地质录井中的实物取样通常是以岩屑岩心、井壁取心为主。当前录井技术在常规描述基础之上又引用了显微图像以及岩心扫描等数字成像技术;气测录井中采用了快速色谱分析技术, 大大提高了分析速度水平, 从而扩大了检测范围;工程录井中将收集的钻井工程和钻井液等参数运用到工程异常分析预报领域, 提高了钻井的安全水平;在地化录井技术中, 引入了岩石热解、气相色谱以及轻烃气相等地球化学领域相关分析研究方法, 分析岩石烃类等物质, 以判断储集层的流体性质, 这已经是评价水淹程度工作中必不可少的评价手段;定量荧光技术的采用提高了在复杂条件下寻找轻质油气层的几率;核磁共振等录井技术则可以快速评价钻井现场的储集层物性。同时, 元素录井技术已经开发了三年, 在川东北元坝工区得到了广泛的应用, 从而在复杂钻井背景下, 为岩性的识别分析探索了一条新途径。

2.4 钻井工程中的信息化与智能化水平分析

当前在钻井工程领域, 信息化与智能化技术的发展已经取得了很大效果, 以信息技术作为代表的当代科技应用出现, 极大的影响了录井技术的发展。当前, 数据收集传输与处理分析工作已经呈现多层次、多方位的特点, 结合网络信息化建设, 已经建立了一套比较完善的录井信息系统平台。针对物探钻井以及测井、测试等多方渠道汇集的已经有了一定的发展。对作业现场的数据收集、远程传输与监控、资源共享等信息服务系统, 进一步提高了录井技术的现代化水平。

3 录井技术的空间拓展与发展建议

3.1 完善相关资料的标准化处理方式

要统一管理与校正相关录井资料, 促进录井资料的标准化建设。针对在地层过程中遇到的噪声要调整与清除干净, 或者可以将这些噪声影响资料以数字曲线方式和原始资料并存在一起, 以方便不同的资料使用人员提取需要的信息。将全部资料进行标准化校正以后, 结合地球物理相关测井资料共同以连续曲线图形或者以数字形式进行展现与保存。根据不同的地层描述模型, 以三维形式展现同一个区块内不同的井层资料, 以实现资料的透视、横向、纵向以及切片比较, 从而促使不同地区与人员、不同层位与时间在不同的钻井条件下所收集的资料具备可比性, 并且可以利用井场信息数据平台及时对外发布相关资料[3]。

3.2 定量化取代定型化分析方法

当前定量荧光、核磁共振、地化录井以及定量气体检测技术都在面临由定性化向定量化转变的趋势。随着录井技术的未来发展趋势, 已经定量化了的相关参数将变得更加准确与灵敏, 而之前没有定量化的录井参数及项目, 也会在新的技术与方法的引入前提下不断进行定量化。

3.3 录井相关设备将转向小型化的发展方向

科学技术的发展, 促使录井装备的制造加工工艺不断革新。当前技术工艺发展趋势是数字技术正在替代模拟技术, 高度集成正在替代模块, 无线替代了电缆, 在这种形势下, 录井技术的设备小型化的趋势越来越突出。例如, 在录井设备中, 浮子式的液位传感器被超声波的液位传感器所取代, 加拿大一家录井企业全套录井仪器只要一个大箱子就能装下。此外, 当代录井仪器的数量不断增加, 仪器的科技含量也在不断上升, 从而促使录井设备向着抗干扰性强、稳定性高以及操作方便简易的方向发展。

3.4 录井应用领域由地面向地下发展

传统的录井作业领域是实时检测地面状况。随着科技的不断更新与发展, 录井作业领域应当实现由地面转向井下发展。井下参数也是当前录井工作中的重要参数, 井下参数的收集与应用可以及时的反应与监测井下情况, 从而获得更加真实与准确的地层信息。随着现代钻测量技术与随钻录井、振动分析以及地震分析等技术的运用, 为录井作业由地面向井下发展提供了良好的技术支持。钻井液气体检测技术在井下的运用, 促使气测录井技术打破了传统局限, 从而可以在第一时间获取及时与准确的气体参数。因此, 录井作业除了在传统地面进行以外, 还需要包括井下的压力检测、流体温度以及密度电阻等方面。

4 结语

纵观全文, 可以发现, 录井技术为油气的勘探与开发做出了巨大贡献, 为勘探工程提供了必要的数据与作业支持。当前面临地质环境日益复杂, 钻井技术快速更新给录井工作的开展带来了更大的挑战。因此, 在录井工作中, 需要不断进行探索与创新, 积极地推进新技术的开发与应用, 从而充分地发挥出录井技术的优势, 为石油勘探企业的目标实现创造条件。

摘要：当代社会科技的迅猛发展, 极大的带动了石油工业的发展。当前, 油气勘察开发的规模在不断扩大, 给录井行业的发展提供了新的机遇与挑战。本文从录井技术的研究背景出发, 分析了录井技术在实践中的应用现状, 同时针对录井技术应用过程中的问题提出了相应的建议。

关键词：录井技术,石油行业,油气勘探,空间拓展

参考文献

[1]方锡贤, 王华, 张淑琴.录井技术现状及空间拓展探讨[J].录井工程, 2010 (09) :28-32

[2]李兆群.录井技术现状及发展趋势[J].石油科技论坛, 2010 (06) :07-12

基于多源空间数据融合技术分析 篇10

随着社会经济的快速发展以及现代科学技术的不断进步,遥感技术、地理信息系统和卫星定位技术因其数据检测精度高、更新速度快等优势,被广泛应用于现代工业、建筑工程、城市规划等领域。由于不同部门涉及的地理信息以及相关数据种类不同,其数据信息处理的方式亦不同。比如卫星图像、海图以及其他各种类型的地图采集的数据几何位置不同、数据模型标准不同,这就需要探索一项可以跨越时间领域和空间领域的数据融合技术,结合来自不同空间数据模型处理的数据的差异性,达到加快信息更新速度和提高信息处理效率的目的[1]。

1 空间数据融合的概念

数据融合的概念产生于20世纪70年代,但是直接促使其发展是进入20世纪90年代以后。就数据融合的概念界定还没有达成统一的看法。数据融合技术最初被应用于军事,为军事活动所服务。但是随着社会经济的快速发展以及现代科学技术的进步,数据融合技术逐渐被广泛运用于农业、工业、地质分析、城市规划等各个领域。

数据融合作为一种数据综合和处理技术,是建立在各种传统学科和技术基础之上,是一种集成技术[2]。从广义角度看,数据融合技术包括通信技术、决策论、计算机科学、神经网络等。由此可见,数据融合涵盖的内容较多,无法对其进行一个统一的定义。一些权威部门是这样进行界定的:美国国防部认为数据融合的过程就是各种学科、各种技术相互融合的过程,从而实现数据技术的现代化、自动化。在相互融合过程中,数据融合技术可以对各个领域的信息进行有效处理、检测。Mandolins则认为数据融合只是作为一门简单的技术,作为处理庞大数据的工具,从而达到提高数据处理的效率这一目的。有些部门则把数据融合称之为信息融合。信息融合是指对以计算机作为主要工具,将来自传感器的探测信息按照一定的时序和准则进行分析与处理。这是一种对多种信息进行不断融合、协调的过程。数据融合技术的实质就是对各种信息进行综合处理。Wald在1998年采用了一个更加普遍的定义,即数据融合是形式上的框架。在框架下,要想在规定时间内将各种数据信息进行综合处理,就需要借助现代化、自动化的工具,采用科学有效的融合方式,实现提升数据融合效率和数据处理结果的精确性[3,4]。这一界定的优点在于:一是它强调了数据融合技术不再是一个简单的工具或者处理信息的方法,而是一个框架结构。二是这个界定注重强调数据融合效率和结果的精确性。

结合空间数据的特点,可以认为空间数据融合实际上是指:将不同来源的数据信息,对其进行归类处理。根据数据的类型选择合适的处理方式,进而达到改善物体几何精度这一效果,促使提高数据质量的实现。

2 多源空间数据融合技术

2.1 数据融合的层次

空间数据的来源不同,其融合方式不同。这就决定了融合层次的多样性和层次性。融合层次主要包括象素融合、决策融合和特征融合三层次。象素融合可以采取图像分析以及多源图象符合技术实现数据的融合。特征融合可以直接反映出数据的综合特征,为决策者提供科学化、专业化的决策信息。决策融合是一种相对高级的融合方式,它不仅可以帮助决策者提供完整的图象信息,还可以对来源不同的数据进行识别、分类和检测[5,6]。三者之间的差异性如表1所示。

2.2 矢量数据融合技术

矢量数据融合是采用地理数据转换方法,构建科学化、专业化的数据模型,在这个模型中对来源不同的数据进行分类分级,实现几何位置的融合,达到丰富数据属性的目的。换而言之,这是一种去伪求真、去粗求精的数据处理过程。

矢量数据融合的最终目的是消除以下差异:

第一,数据模型的构建是将不同来源的数据进行综合处理、几何位置的融合。但是采用不同的融合方法其产生的要素属性会存在差异性。

第二,来自不同空间数据模型处理的数据会存在描述上的差异。

第三,来自不同空间数据模型处理的数据会存在几何位置上的差异。

矢量数据融合的研究内容主要包括:融合规则、数据模型的构建、分类不同来源的空间数据、融合方法分析。

首先,融合规定的制定。分析数据和处理数据的前提条件是提取数据,提取数据之后才可以从模型中得出要素。比如行政区划可以从比例为1 250 000的图中提取,道路可以从比例为110 000的图中提取。对于相同比例尺的地形图和海图而言,需要对沿海地带的陆、海部分进行表示。地形图和海图的结合部是岸线和滩涂。需要在模型中注重表示这两种图。但是由于这两种图获取的数据几何位置不同,在不同空间数据模型处理中会存在很大的差异性。相对而言,地形图要更加详细。因此在融合数据时,注重提取地形图数据。

其次,制定具有层次化的矛盾处理原则。可以参考精度高精度航片和卫片,从而提高几何位置的精确性。在没有参考资料可以参考时,可以制定移动原则。属性数据可以通过网上查找方式提取。

2.3 栅格数据融合技术

栅格数据融合的表现形式有:地图图象、遥感影像数据。其融合阶段可以分为以下几个阶段:

第一阶段,图象融合。主要是针对图象通道,利用算术方法实现。比如色彩变换法(主要针对象素级融合)、调制法、统计法、代数法、分辨法等。这些方法较为简单,操作起来较为容易,因此被广泛运用于工业、制造业等各个领域。

第二阶段,20世纪80年代,模型的构建。塔式算法的基本思路是:分解原始图像—融合图像—通过塔式反变换获得融合图像。

第三阶段,90年代以后,小波变换应用到图像融合领域。在这一时期,塔式算法逐渐被小波多尺度分析法代替。多尺度分析法是一种介于函数和频率之间的数据融合结果的表达方式。无论是在时间领域还是在空间领域,都具有良好的局部化性质。能够同时将不同数据层分解成多个独立的空间信号,同时又不与时间部分重叠,又可以帮助决策者及时找到原信息的几何位置,从而找到正交基。

3 多元空间数据融合应用

3.1 遥感图形

遥感图像之间的融合包括传感器数据融合、不同时相遥感数据融合。来源于不同遥感器的数据特点不同,其几何位置不同,这样借助数据的多样性和差异性提高图像分析的分辨率。比如将TM与SPOT遥感数据进行有机结合,不仅可以提高图像信息的处理效率,还可以促使光谱信息的多元化发展。而不同时相的遥感数据融合对于提高工程实时监控效率具有重要的推动作用。比如洪水检测、气象检测等等。

3.2 地图图像

地图图像具有精度高、更新速度快等特点,但是也存在更新费用高的弊端。专题地图是指在一个模型中构建一个以“地图”为主体的地图内容。比如有关于城市旅游的“专题地图”、城市规划“专题地图”等。但是专题地图相较于地形地图而言,其精度不高。这就需要将两者进行有机融合,达到提高数据精确度和降低地形图更新费用的目的。

3.3 遥感图像与地形图像

遥感技术可以快速在不同数据模型中提取需要的数据信息,其数据检测的准确度高、定位较为准确。地形图虽然精度高,但是数据更新的费用较多、数据更新的速度快。将遥感图像与地形图象进行有机结合,可以有效避免两者的缺陷,实现优势互补。可以利用同一地区的地形图将遥感图像纠正为正射影像,再用以更新地形图。

4 结语

多源数据融合技术的发展与进步需要以现代科学技术、数据标准化作为基石,以计算机作为数据处理的主要工具,达到逐渐消除来自不同空间数据模型处理的数据差异性目的。当然,数据共享的标准化推广、数据模型的构建、地形图像与遥感图像之间的有机融合,都需要数据操作技术的支撑,将数据操作技术的原理和方法引进多源空间数据融合技术领域,进一步推动我国数据融合技术的发展与进步。所以,对于相关工作者而言,必须要认清这些技术的关键所在,在日常的工作中加强研究,推动多源数据融合发展。

摘要：文章主要以空间数据融合概念作为出发点,分析了多源空间数据融合技术,并探讨了空间数据融合技术的具体应用,以期为降低处理数据成本、提高数据处理效率提供一些参考和意见。

关键词：多源数据,空间数据,融合技术

参考文献

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未来建筑：技术变革与空间进化 篇11

建筑最早出现在自然之中，成片的建筑组成族群、村、镇，最终形成城市。从古至今，人类对建筑的基本需求从未改变——在建筑中吃饭、睡觉、洗澡、购物、办公或聚会……

一直以来，建筑和空间都在随着技术的进步而改变。IT技术和互联网经济的快速发展，让这种改变有了新的故事，让建筑的服务属性有了新的内涵和价值。

人与自然

人们的短期需求曾改变了全球各地的建筑风格，比如二战后全球范围的大规模恢复性建设，要求“飞快”地建造建筑。“20多年前上海住房最紧张的时代，一些楼房的楼板只有6、7公分厚，当时安全不是最重要的，有没有房子才更重要。”悉地国际设计副总裁、上海区域总建筑师钱平回忆道，这种被称为“稻草阁楼”的楼房是物资极端匮乏时代的选择，建筑的服务属性被严重忽略了。

随着经济的发展，高密度超高建筑群开始出现，很多奇观式的地标性建筑被建造出来展示发展的雄心，这些追求“新、大、怪、异”的建筑耗资巨大，能耗巨大，又过于独立，与城市鲜有互动。

“在经济腾飞阶段，这种建筑冲动可以理解，但这样的时代终将过去，所谓的建筑奇迹也会被人们逐渐淘汰。”维思平建筑设计有限公司首席设计师吴钢说：“建筑从来都不应当是城市的主宰力量，建筑是附属存在的，主宰城市的是人和自然。”

在思考未来建筑如何更好地服务人类的时候，吴钢和钱平不约而同地将目光投向了成百上千年的过去。

吴钢曾实地调研欧洲、日本的老建筑，这些建筑具有良好的服务属性，采用了成熟而通用的技术，拥有理性的造价，且低耗能。

中国大量传统建筑也都如此，比如北方的四合院、福建的土楼，原材料都从本地获取，均采用了被动式节能设计，节约资源（土地、材料、能源和水），保护环境，为使用者提供了健康、安全的空间。被动式节能技术指一系列低碳化的设计，诸如：建筑朝向的合理布置、建筑围护结构的保温隔热、有利于自然通风的建筑开口等，实现建筑采暖、空调、通风等能耗的降低，这些设计不一定采用高科技，也不会花费太多成本，但行之有效，这也是吴钢所言的理性设计。主动式节能技术指通过机械设备干预手段，为建筑提供采暖、空调、通风等舒适环境控制，以优化的设备系统设计、高效的设备选用，实现节能。

一般认为，主动式设计往往会增加建筑耗能和环境负担。一次偶然的经历，让钱平证实，更自然的被动式设计确实更优。

2007年，钱平承接了上海虹桥科技产业楼项目，当时这个项目中第一栋楼的现场施工已经开始，业主希望在已有项目中增加一栋楼，并达到两栋楼都建成绿色建筑的目的。钱平重新设计了方案——由于第一栋楼已打好桩，无法做太多改变，钱平采用了主动式设计思路，后期增加维护设施以达到绿色建筑标准；在第二栋楼，他采用了更多被动式设计，包括：改变朝向，令采光性更好；在楼层之间更替使用倾斜的玻璃墙以及太阳能板，让大楼采光更佳，并为楼里输送光电转换动力；采用光通道将花园中的光线引到地下室，使得地下室白天不用开灯。项目建成后，钱平对两栋楼的耗能进行计算机模拟，同样气候条件下使用同等时间，第二栋楼的能耗比第一栋楼节省10%左右。

合理的窗帘拉放也会在保证使用体验的同时，降低楼内照明及空调等设备的能耗。一家提供智能化遮阳系统的制造商对建成后的两栋楼里的窗帘拉放及时间进行了测算，结果表明第一栋楼采用此方法节省的能耗远远高于第二栋楼，原因是第二栋楼凭借被动式设计已经降低了不少耗能。

建筑依赖自然，有时候又不得不屈从于自然条件。“减少建筑物对土地和自然资源的依赖也是未来趋势。”钱平介绍了为了节约土地的漂浮式设计，悉地国际设计的深圳大梅沙·万科中心将主体使用空间抬升至距离地面15m的空中，底部形成连续的大空间，不仅为使用空间提供开阔视野，也尽可能实现了还绿于民，如算上屋顶绿化，整个场地绿化率大于100%，且完全向城市开放。

两个范例

吴钢在苏州有一项令人兴奋的尝试——他主持设计的苏州生物纳米科技园管理中心借鉴了苏州园林的建造理念，将自身融入到了整个苏州的建筑文化意境之中。

苏州生物纳米科技园管理中心建成后，被命名为“巨型花架”，其主体建筑是两栋平行布置的办公楼，两栋办公楼之间是广场，一个巨大的铝镁合金穿孔遮阳篷覆盖了两栋建筑和中间广场。遮阳棚底部一层架空，人们可以从广场两侧自由进入和穿行遮阳篷区域。被覆盖的广场上空，阳光可以从多孔板洒射进来。在广场上竖立着若干两两交叉的铝镁合金柱，寓意为交错的竹丛，同时也种植了大量真实竹丛和植物，与之呼应并弱化硬柱结构。

据吴刚介绍，遮阳篷可解决园林广场和建筑立面遮阳问题，过滤多余阳光和强风，使内部形成小气候，空气舒适，并为爬藤植物提供生长框架。“巨型花架”建造技术简单，成本低廉。

支付宝大楼是吴钢的另一个尝试。杭州黄龙时代广场是由A、B两座大厦组成的L型建筑，A座东西向，B座南北向，支付宝公司租用了B座。大厦造型非常薄，又都通体采用了玻璃幕墙，看上去十分“轻盈”又“温润通透”。吴钢介绍说，薄板楼设计更重要的目的是通风和采光。因为薄，两栋建筑中每层都只有两排办公区，春秋两季可以更多开窗依赖自然风，这节省了1/3的空调能耗；同时，所有办公区域都能够实现自然采光，全年下来，两栋楼的采光费用是其他同等面积办公楼的1/10。

玻璃幕墙是两栋建筑的外面一层“皮”，在幕墙之内还有另一层“皮”，即传统建筑立面。玻璃幕墙中间有缝，方便窗户通风。吴钢表示，之所以用釉面玻璃做幕墙：一是高层建筑不允许直接开窗，二十层以上高空形成的漩涡风会把窗户吹掉，有了幕墙，任何一层窗户都可以打开；二是为了抵消太阳辐射，玻璃幕墙的每一面都有釉点，经过严格计算，釉点密度和大小在幕墙的不同方向各有差异，以便在采光和抵消热辐射中找到最佳平衡。

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两座建筑构成的L型围合出了外部广场和内部庭院，外部广场让大厦远离城市主干道，闹中取静；内部庭院为大厦中的人提供了休息的景观场所，二者均实施了绿化园林设计。建筑的底层是餐厅、银行、超市、酒吧等底商。A、B座交接的地方有一道抗震缝隙，还有一个从底部穿过的空洞，空洞连接到的内部庭院处，设计了下沉的小商业区。阳光从缝隙照到下沉商业区的通道中，小商业区中间有水潭，水潭四周是一些休闲的餐饮和娱乐场所。

正如各种ICT技术集成到智能手机上，建筑这个超级终端，在愈演愈烈的信息时代，也发生了一些改变：建筑正在变得越来越智能，例如，人们将建筑中的各个组成单元用网络连接，安保、温度、湿度、能耗及建筑中的人等各种数据被广泛布置的传感器所收集，信息在后台系统处理，空调、电灯、门窗、冰箱、电视等建筑中的各种设备，依据信息反馈和后台系统预设的程序做出自动反应，人们也可以通过PC或智能终端直接向建筑发出指令。

“这是对使用管理方式的改善。”吴钢解释道，IT和互联网经济对建筑的改变更像是一种缓慢的化学反应，而不像汽车、电梯、抽水马桶的出现，直接在物理层面给建筑带来巨大变革，IT技术以及由IT技术催生的互联网经济，会通过一系列建筑空间的量变到质变，最终赋予建筑新的价值。

模糊边界的价值

谭善隆分析，IT技术模糊了建筑空间的边界，释放了人的自由。

国外一些图书馆开始为读者提供自助服务。得益于物联网及无线定位技术的使用，读者不需要再在前台排队，拿到一本书后就可以自动完成借阅登记等事情，读者可以将书带出房间，来到图书馆的室外园林中阅读，或者去更远的地方。

在维思平建筑设计总监隋鲁波看来，读者看书的方式改变了，未来图书馆的建造应当更多地提供这样无障碍的空间体验，除了透明的光线、舒适的温度等基本需求之外，图书馆将更加开放，有了更多想象的空间，传统图书馆的物理边界会极为模糊。移动互联网、物联网的快速发展，改变了人们的生活和商业，对建筑的无障碍空间体验提出了要求。在空间边界模糊，空间环境被改变之后，商业也将获得新的价值。

中环是香港的繁华商业地段，香港政府在这个区域内将不同地块用步行天桥连接在了一起，人车分流，让不同购物中心和办公楼中的人流实现了交汇和连通，购物中心中二层和三层的商业价值实现了翻倍增长。

尽管打破空间边界的是传统技术而非IT，但移动互联网技术从一出生就具有着随时随地的移动本质，这使得建筑师们对由IT和互联网经济所改变的未来空间的价值充满期待。

商业街区的未来

街区式的商业以及体验式的商业是未来商业大的发展方向。

过去的百货商场，往往不需要开窗，也没有很亮的光，在里面购物，不需要知道外面是白天还是黑夜，是晴天还是下雨。维思平建筑设计总监尚懿说，像大悦城这样的购物中心越来越考虑人的感受，体验消费概念的引入，使得购物中心里出现了大量餐饮、娱乐、健身、美容等业态，而在空间设计上，也更加开放，更加轻盈，甚至还会通过空间的安排，引导人流的走向，使顾客与特色商品有更多的接触可能，为商场创造更大价值。在他看来，VILLAGE作为一种开放式的购物街区会比购物中心更有生命力，因为它的空间体验更好。“在未来，人们在周末与朋友或父母开车出游，可能不会再去一个大型购物中心，而是会去VILLAGE，因为这里有阳光、空气和音乐，有嗅感和触感，有丰富的空间感官体验。”

隋鲁波描述了他心目中未来商业空间的一种可能：被有机组织的一群建筑，从外面看是一个完整的整体，走进去，则是被切割的一个个小的街道，所有建筑的楼门都是街道的一部分，建筑的一层都临着街道，并且全部开放给城市，变成诸如书店、影院、服装店、理发店、小超市等各种类型的消费场所。这群建筑的二层通过天桥彼此连接，二层有商业空间，也有园林空间，街道、一层和二层构成了一个立体的消费休闲场所。这群建筑的三层以上是真正的居住环境。通过合理的交通管理以及权限设置，来购物的人，能够自如在街道和一二层之间穿行，而居住者，也能很快速地从街道回家，建筑空间中人和商业的效率都得到了保障。

城市的回归

随着北京、上海这样的超级城市规模越来越大，多数建筑成为了巨大城市中散乱存在的独立个体。相互割裂的建筑带来了割裂的城市——人们居住在城市的一角，去城市另一边工作，再在城市的腹地消遣，割裂的城市功用本身就意味着高能耗和不经济。

城市需要尽快采取新的发展模式，使得经济增长与资源消耗逐步解耦，埃森哲大中华区可持续性服务董事总经理李广海对面临严重发展困境的中国城市给出建议：产业和市场的跨界与融合、商业模式的创新、居民生活和消费行为的改变等。在实现这些建议的众多路径中，将城市中的建筑组织起来是一种有效方法。

吴钢说，每座建筑都有自己的城市属性，建筑形成的空间应当能被城市中的人享用，好模版之一是老北京的胡同。“为什么很多人休息时喜欢去后海？为什么很多老人即使子女已经搬迁到郊区的楼房中，仍旧喜欢生活在胡同中？因为胡同是一个功能混合的街区，与城市环境融为一体，对于人们的吃喝玩乐各种需求都能够以某种方式给予满足，人们在胡同中生活会感到舒适。”

在传统的中国城市中，院落、街道和城市之间有着极为亲密的关系。北宋时期张择端的《清明上河图》描绘了当时的场景：酒肆、茶楼、勾栏、瓦舍以及形形色色的各种店面都沿街或在巷中开设，甚至居所的大门内外也可以摆摊设点，沿街叫卖，乃至桥上也有市场；卖艺的游艺场沿街巷而立，城内更有通宵营业的地方，形成夜市和晓市。当时，北宋首都开封的人口达到百万以上，商业之繁华远胜秦汉隋唐。宋代之前，中国城市的“坊”（居住地区）与“市”（商业地区）有明确区分，宋代拆除了坊墙，居民众多的小巷不再相互隔离，而直通大街，居民区与商业区连成一片，实现了“街”与“市”的有机结合。

“建筑被理性组织的城市不仅便于生活，甚至是一个经济体，是一个能够产生价值的‘公司’。”吴钢总结道，通过对人的关注、对建筑的合理组织，最终会实现城市的低碳。“更有组织，更有脉络将是未来建筑的发展方向。”

农业育种的空间诱变技术浅析 篇12

经过宇宙空间环境下基因诱变的太空种子和转基因种子有本质区别。 从基因结构的改变方式来说, 转基因技术是将一种生物基因引入到另一种生物中, 与另一生物的基因进行重组, 从而产生特定性状的物质, 作为一种新兴的生物技术手段, 它的不成熟和不确定性, 使得转基因食品的安全性成为人们关注的焦点。空间诱变育种只是利用宇宙高能粒子辐射、微重力及弱地磁场等太空特殊环境因素的诱导, 使作物染色体产生缺失、重复、易位、倒置等基因突变[2], 回到陆地上, 经过多代筛选、培育, 形成特性稳定的新品种。 在正常情况下, 植物种子的这种变异也会发生, 只是在自然环境下要经历甚至上百年漫长的过程, 而航天育种只是使这个速度加快而已, 并不存在安全问题。 传统育种可能要经过长达十年的努力, 才能得到一个适宜推广的新品种。 而太空育种通过个别基因的改变, 在3~5 年就可以稳定下来, 得到新品种。

我国的空间诱变育种技术研究始于1987 年, 由我国第9 颗返回式卫星把多个水稻和青椒品种的种子送入太空, 探索太空环境对生物遗传的影响, 研究发现经历太空环境的种子基因变异较为显著, 有变异频率高, 变异幅度大, 有益变异增多等特点, 于是开启了我国利用太空环境的空间诱变育种事业。 截至目前, 空间诱变育种在我国粮食作物、经济作物、园艺作物、水产品、生物制品等多个领域都有成果, 其中育成审定的太空农作物优良品种已达数百个之多[3]。

经历各地多年实验研究, 已经证明, 空间诱变新技术在农业育种上的应用, 可获得常规育种难以获得的特殊优异的经济性状, 可创新选育出优良的新品种和优异的种质资源, 使航天高新技术与农业遗传育种相结合成为培育优质农作物新品种和新种质的有效途径。曾经有40 多个黄瓜品种和茄子及大葱品种种籽, 采用搭载返回式卫星、神舟飞船、实践8 号育种卫星方式, 进行太空环境诱发经济性状变异, 选育新品种, 通过对培育筛选出的优良自交系和种质资源, 进行田间试验、配合力测定、抗病性测定和品质测定等综合性状鉴定, 已培育出早熟、高产和耐低温的蔬菜新品种。 选育的过程证明, 空间诱变育种技术在创造丰富的遗传变异类型, 快速有效的培育早熟、高产、抗病、优质及耐低温等综合性状优良的新品种上效果显著, 经济效益高。

在选育过程中观察发现太空环境诱发的植物的经济性状变异, 存在变异频率高, 变异幅度大, 有益变异增多的优势和特点, 可获得常规育种难以获得的优异性状, 主要表现为以下特征:

1 幼苗茎叶生长迅速, 植株健壮

经2、3、4 代连续观察, 太空黄瓜种籽出苗早, 一般可较未经搭载的对照提前1~2d, 其幼苗生长速度快, 植株健壮, 出苗后8d, 太空黄瓜各品种系株高较对照增高1.5~3.1cm, 出苗后29d, 株高85.6cm, 较对照平均增高30.8cm。 其茎叶生长迅速, 生长势强, 茎长增长迅速, 叶片大、叶面积系数高、植株结构合理、光合效率高成为增产的重要因素。对多个太空品系生育情况的测定证实, 出苗后29d茎长分别较对照增高44.4~86.4cm, 叶片数量增加显著, 叶片数量分别增加2.2~8 个, 亩产量分别达6875.5~9315.1kg, 较对照增产47.3~99.4%

2 特早熟、结瓜、采收期早

根据三年的田间试验表明, 育成的黄瓜品种具有特早熟的优良性状, 在夏茬露地栽培的条件下, 有九个品系连续三代, 从播种至第一雌花期仅需27~31d, 播种后32~37d, 即可采摘鲜黄瓜上市, 而现有常规早熟栽培品种, 则需50~60d。 太空黄瓜鲜瓜生长速度快, 雌花开花后5~6d, 单瓜重可达200~250g, 瓜长30~35cm, 7~8d单瓜重可达300~400g, 且瓜肉仍十分新鲜, 口感依然可口。 播种43 天后, 鲜瓜亩产可达3000kg。单瓜重可达1200g, 长57cm, 最大达1.8kg。 茄子和大葱在选育过程中也有较为相似的表现。

3 耐低温、低温栽培增产显著

黄瓜的生长适宜温度是18~30℃, 其正常发育所需的最低气温是12℃, 低于12℃植株的光合作用、呼吸作用、光合产物的运转等生理活动都受影响, 甚至停滞, 在露地栽培的条件下, 太空黄瓜的耐低温能力与常规对照品种比较, 耐低温能力表现突出, 在10 月份的低温条件下, 曾做过为期68 天, 有效积温1052.7℃的抗寒性试验 ( 常规品种黄瓜生长期间要求有效积温为2610~5600℃) 。 试验期间, 太空黄瓜的发芽生育天数为4d, 有效积温为92.8℃。 对照品种则需10~13d, 有效积温210~270℃, 其完成幼苗期~抽蔓期生育天数为35d, 有效积温630.2℃ ( 一般品种则需50d, 有效积温870℃) 结瓜前期生育天数为29d, 有效积温仅270.7℃, 但其前期产量仍可达747kg, 较对照品种分别增产824.0%、533.2%和823.6%。 在低温条件下对照品种产量很低, 亩产普遍在120kg以下, 有的甚至绝产。 说明常规品种在低温条件下, 不能完成正常生长发育, 产量很低, 太空品种则表现出较好的抗寒性。

4 皮色性状变异, 雌瓜数量性状变异

通过选育, 获得一个白色自交系, 变异频率为4.2%, 皮色为白色, 多雌型, 瓜形好, 雌瓜多, 较对照增产66.7%, 结瓜数较对照增加66.7%, 是优良的鲜食型材料, 市场前景看好。 单株雌瓜数量是重要的产量因素, 通过田间试验, 获得的多个自交系, 出现雌花数量增多的性状变异, 单株结瓜数量较对照提高27.3~112.1%, 占自交系总数48.7%, 有三组自交系属强雌型品种, 从中选育出结瓜数量高、多雌型、综合性状优良的自交系和育种材料应用于黄瓜育种。

5 产量性状变异, 产量高、增产显著

空间诱变技术对黄瓜品种和自交系的产量提高十分显著, 其变异频率高, 变异幅度大, 占自交系总数80.2%的品种表现出增产, 有四组平均增产50%以上, 分别较对照平均增产277.1%、78.2%、50.7%、53.4%, 也有少数几组自交系出现雄花增多, 雌花减少的不利性状变异。 经过选育可获得多雌型自交系育成品种, 育成品种植株生长势强, 结瓜数多, 产量性状稳定, 其鲜瓜亩产量可达7520.5~11281.0kg较对照组增产61.1~133.2%。 在多地推广种植, 也增产显著, 表现良好。

此外, 太空育成品种, 在品质上也表现优良, 结瓜数多, 瓜形好, 顺直整齐, 瓜肉绿色, 肉质脆嫩可口, 食味佳。有皮色为白色的品种出现, 且高产, 商品性状良好。 太空品种也表现出较好的抗病性状, 抗霜霉病、白粉病、病毒病、抗早衰。

由此可以表明, 空间诱变育种技术, 将航天高新技术与农业遗传育种相结合, 是培育优质农作物新品种和新种质的有效途径, 具有变异频率高, 变异幅度大, 可获得常规育种难以获得的优异性状, 如早熟性变异, 抗寒性强变异, 雌花增多, 高产等性状变异尤为突出, 可选育出具有丰产、多抗、稳产、优质、结瓜早和抗寒性强优良作物品种, 效果显著, 经济效益高。

摘要：空间诱变育种是利用宇宙高能粒子辐射、微重力及弱地磁场等太空特殊环境因素的诱导, 使作物染色体产生缺失、重复、易位、倒置等基因突变, 回到陆地上, 经过多代筛选、培育, 形成特性稳定的新品种。太空环境的种子基因变异较为显著, 有变异频率高, 变异幅度大, 有益变异增多等特点, 易于快速有效的培育早熟、高产、抗病、优质及耐低温等综合性状优良的新品种。

关键词：空间诱变育种,太空特殊环境,基因变异

参考文献

[1]沈桂芳.我国的农作物航天诱变育种与研究[J].中国航天诱变育种, 2007.76-80.

[2]蒋兴村.空间诱变育种研究15年 (1986-2001年) 体会[J].中国航天育种, 2007.71-75.