測量學的應用

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測量學的應用范文第1篇

【關鍵詞】測量學；多媒體課件；3dsmax

Application of Animation in Non - Geomatics Specialty of Surveying Teaching

Debao Yuan ,Ximin Cui ,Shiwei Yu,Jinbao Jiang,Wenbin Sun

（College of Geoscience and Surveying Enginneering,CUMT，Beijing，100083）

Abstract: in order to teach surveying better and improve the quality and efficiency of teaching, it is needed to study and develop multimedia animation teaching software of surveying with development tools such as 3dsmax, Photoshop, Premiere and so on. The software can describe the principle and procedure of surveying vividly. The software also can show the detail of the use of surveying instrument. Hence this program can arouse students’ interest, rich the teaching, enhance teaching efficiency and improve the quality of the teaching.

Keywords: surveying; multimedia courseware; 3dsmax

中圖分類號： P2 文獻標識碼： A

1引言

多媒體教學是一種有效的輔助教學方式, 它將文字、 圖形、 圖像、 動畫、 聲音和影像等 多種媒體運用到教學中, 對于優化教學過程, 開拓學生視野, 增加課堂信息量等方面都有著明顯的優勢, 具有很強的表現力, 可以激發學生的 學習興趣, 集中學生的注意力, 增強學習效果。

測量學是研究地球的形狀和大小以及確定地面（包括空中、地下和海底）點位的科學，是研究對地球整體及其表面和外層空間中的各種自然和人造物體上與地理空間分布有關的信息進行采集處理、管理、更新和利用的科學和技術。其大多數理論方法都比較抽象，教師在課堂上講課很難表達清楚，學生理解也不夠形象完整，從而使的教學質量下降。為了使學生能夠感性地認識測量學的理論和實踐知識，開發一個多媒體的動畫教學軟件很有必要。

2軟件與技術平臺

現在用Powerpoint為表現形式的多媒體課件已經很普及，促進了教學質量的提高，但它還有很多的不足之處。比如，表現形式單一，大多都是以文字和圖片的形式呈現在學生面前，使學生缺乏興趣去接受老師講的內容；功能有限，Powerpoint雖然是教學的一個很好的平臺，但其自身功能還是有限，不能做出預期的效果；無法實現三維演示功能。所以單獨依靠Powerpoint來教學，不能達到很好的教學要求。

動畫是一種綜合藝術，它是集合了繪畫、漫畫、電影、數字媒體、攝影、音樂、文學等眾多藝術門類于一身的藝術表現形式。以動畫視頻來教學的方式成為了一個受歡迎的教學方式。學生可以更加直觀、更加感性的去認知知識，同時使課程也變得更加生動、更加形象。

制作動畫需要軟件支持，比如圖象處理軟件，音頻處理軟件，文字處理軟件等等專業軟件。其中比較主流的軟件公司為adobe與autodesk兩家公司。其中adobe公司的軟件主要做平面圖像處理，影視合成方面；autodesk公司軟件主要做三維建模與動畫的制作。

動畫制作過程是復雜的，他一般包括前期制作、中期制作和后期制作（如圖1）。每個制作模塊都有其自己的制作內容。

圖1 動畫制作過程

3動畫制作實例

我們不需要將所有講課內容都制作成動畫, 而主要是將難于講解、需要演示、需要操作的內容制作成動畫。例如：橢球的幾何參數；高斯投影的過程；二等水準觀測的過程；坐標轉換的計算等等。因此，像這些教師課上難以講解的抽象的、難懂的知識點，一個個的制作成動畫視頻，以形象、生動的圖像形式展示在學生們面前，使教學變成一場有趣視聽體驗。

測量學中有許多實踐課需要學生們在實地操作，但對于非專業而又需要用到的學生則沒有辦法親生體驗了解，教師也只是在課堂上用簡單的描述性語言說一下，或者有的直接讓學生們自學一帶而過。如果我們使用了動畫視頻教學，同學們就可以更加輕松地學習書本上學不到的知識。例如2秒經緯儀的讀數（如圖2，3，4）。

圖2瞄準前 圖3錯誤讀數圖4正確讀數

再如測量學中的坐標轉換原理，很多學生在學習這個知識點時會遇到困難。對于二維的直角坐標系轉換，學生們可以很簡單的理解。但當涉及到三維轉換原理時，學生們就略顯吃力了。對于兩個空間三維直角坐標系O1-X1Y1Z1和O2-X2Y3Z2，要實現空間直角坐標系從O1-X1Y1Z1到O2-X2Y3Z2的轉換，首先通過坐標原點平移，使坐標原點O1與O2重合。其次，對于同原點的兩個三維空間直角坐標系O-X1Y1Z1和O-X2Y2Z2，通過旋轉，實現O-X1Y1Z1到O-X2Y2Z2的變換，如下圖。

圖

其變換具體過程：由于坐標系的單位長度不同，所以兩坐標系存在一個比例系數m; 坐標O2-X2Y3Z2首先進行平移，使其坐標原點與坐標O1-X1Y1Z1原點重合; 首先繞OZ1旋轉角; 然后繞OY1旋轉角; 最后繞OX1旋轉角

旋轉矩陣分別為：

(1)

公式（1）可以寫成：

(2)

進一步簡化為：

(3)

(4)

最終加上縮放比例m與平移參量，公式可寫為：

(5)

根據原理，就可以逐步開展動畫制作了。

3.1前期制作

前期制作部分的工作主要是資料素材的收集和整理。對動畫進行整的構思，設計場景造型，然后根據整理的資料素材撰寫動畫腳本和配音腳本。

3.2中期制作

中期部分工作就要根據前期制作中設計的腳本進行動畫的一畫畫制作。這里就要用到adobe公司開發的photoshop圖像處理軟件，進行素材的美化加工（如圖5）。

對于三維動畫則需要使用autodesk公司開發的3dsmax 或maya軟件進行三維建模后，然后制作動畫（如圖6）。

初步動畫制作完成后，需要進行對畫面色彩、特效等制作。如加上光暈、材質、燈光等處理（如圖7）。

圖5 Photoshop圖像處理二等水準測量 圖6 3dsmax制作坐標系模型

圖7 After effect動畫渲染

3.3后期制作

這樣一個動畫制作完成了，但是此時的動畫只能在軟件里面播放，需要我們使用軟件進行渲染處理，輸出最終的文件。格式一般有*.avi, *.mov, *.rmvb等等。

4動畫合成

渲染出來的動畫在premiere中支持*.mp3, *.wav 格式聲音文件, 事先將聲音文件錄制編輯好, 以*.mp3 或* . w a v 格式文件保存。聲音文件可以直接導入, 導入的聲音文件存儲在premiere中。然后在premiere軟件中對音頻文件進行去噪處理，然后進行剪輯，使動畫和錄音達到同步的效果。最后導出文件就是我們最終需要的動畫視頻了。

5結束語

對于多個動畫視頻文件，我們可以制作一個多媒體文件包，可以放到網上，這樣學生們可以通過網絡隨時隨地地學習到知識。

以動畫為平臺的測量學多媒體動畫軟件，能夠直觀、動態地表現教學過程，將教學思路融合到動畫之中，激發學生學習興趣，豐富了教學內容，增強了教學效果。此方法正在被廣泛地運用到教育領域。

參考文獻

[1]段貽民, 杜國標. I t" 測繪專業測量學教學改革方案的研究[J]. 測繪通報, 2004 (5).

[2]于曉平, 楊國東, 陳增寶, 等. 教學軟件的設計[J]. 測繪通報, 2004.

[3]常玉奎. " 工程測量" 課程多媒體課件開發與應用 [J][J]. 測繪通報, 2007, 3: 023.

[4]趙明. Flash 5 入門與提高[M]. 華大學出版社, 2001.

[5]孫賢斌, 尹杰, 肖本林, 等. “測量學” 教學動畫軟件研制[J]. 測繪通報, 2009 (2): 75-77.

[6]3DS MAX 3.0 入門與提高[M]. 航空工業出版社, 2000.

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[8]曾安敏. 基于擬合推估的 1980 西安坐標系到 2000 國家坐標系的變換[J]. 大地測量與地球動力學, 2008, 28(5): 125-128.

測量學的應用范文第2篇

【關鍵詞】 測量教學 電子表格結合 模式

引言

工程類的“測量學”是一門專業基礎課，課程的教學目的是掌握測量儀器的使用，地形測量方法及施工放樣的基本知識。培養學生解決地形測量技術相關問題的能力及處理施工放樣測量的能力。測量課是一門數字計算與實踐性操作均要求較強的專業基礎課，必須根據教學要求靈活應用各種教學方法。尤其在當前教育對象文化基礎較差的情況下。提高學生工程測量動手的能力。在測量教學當中的很多部分我們都可以借助電子表格來進行說明，并且對于學生的以后的測量實習或是工作后，多于數據的相關處理都是很有幫助的。

1、 測量教學的要求

1.1課堂教學要求

傳統測量課的理論課教學以章節為順序，課時安排比例較大。達到了學生從理論上解決問題能力的目的。但缺乏動手能力提高的培養。例如，角度測量，就是以水平角原理為重點展開教學，其授課順序為：

按以上框架講課可以看出，雖然沒有按教材的章節順序講解，但能引起學生的學習興趣，提高學生的思維能力和利用理論知識解決操作問題的能力。測量教師在課堂上不能滿堂灌，要激發學生的思維能力，達到產生教學互動，才能提高學生的自學能力及理解能力。課堂教學要抓住主要的理論概念以點帶面，讓學生充分發揮空間的想象力，如在講水平角概念時把水平角原理寫在黑板上，然后讓同學們自由地討論，并把同學們討論的問題寫在黑板上，老師再歸納講解得出結論。

1.2實習教學要求

測量課是一門實踐性很強的課程。要培養學生的動手操作能力．因此在教學的安排上要加大實習課的比重。要讓學生對課堂的理論內容能及時消化，對操作的方法能及時掌握，還能讓學生在實習中將理論上的知識融會貫通。提高學生在實際操作過程中的分析問題和解決問題的能力。課間實習是課堂教學的組成部分。加大課間實習的時間，目的是及時地將理論知識通過操作實習加以鞏固，提高學生的動手能力，激發學生的學習積極性。在課間實習中不斷提出問題讓學生思考．除了要求學生掌握儀器的操作及各種測量方法外．還要提出一些在實踐中遇到的問題。最后總結并告訴同學們正確的讀數方法。在課間實習中。不斷地提出問題讓同學們討論分析。充分發揮同學們的想象力，這樣做不但可以提高學生們的興趣，激發他們的學習熱情，更主要的是要讓同學們提高分析問題解決問題的能力，使學生學的知識更深刻更扎實。

1.3培養學生測量操作能力

測量綜合實習，是在理論課結束后，進行的測量綜合能力實踐．作為一門獨立的課程給學生評定成績。為了較好地完成測量綜合實習教學，保證同學們在實習中順利地學會操作，需要編寫《測量實習指導書》，指導書在實習的時間安排、工作任務、注意事項、上交成果、成績評定標準等方面作了要求。同學們互相幫助、互相學習、互相尊重。培養了學生集體主義觀念和謙虛好學的思想情操．使每位同學都能得到鍛煉。從而提高同學們的測量技術能力。要求每個組都要參與測圖過程的每個環節．并獨立地去解決實習中出現的問題。實習指導老師在教學過程中．啟發性地指導學生，讓學生在實習中了解地形測量的每個環節，并將書本知識通過實習連貫起來，加深對書本知識的理解．強化了學生動手操作能力。

1.4教學與技能考核相結合

在實習時，將技能鑒定的標準和內容，安排到實習內容當中。讓學生理解技能鑒定的內容，指導他們對技能考核內容的掌握。針對基礎差的學生加大技能訓練力度。使學生職業技能的水平和測量能力同步得以提高。為學生就業提供了競爭優勢。

1.5提升學生的專業素質

老師在施教過程中，同時要對學生的專業素質進行教育和培養，如果學生的專業素質高其學習積極性也高．接受專業知識也快，就、世能力也強，因此在教學過程中蘑視學生專業素質的培養。有助于提高學生的專業興趣和對專業的熱受。一一個優秀的工程技術人員除了有較強的專業能力外。還應具備良好的思想品質．要具備愛崗敬，樂于奉獻、吃苦耐勞的好品質。要有集體主義觀念。

2、電子表格教學在其中的應用

2.1借鑒電子表格的教學模式

電子表格是計算機軟件，對于我們青年學生來說學習計算機都是很感興趣的，在測量教學中結合電子表格的教學不僅可以提高學生的興趣，同時可以更形象的反應測量的基本原理，有利于學生的理解。

2.2電子表格在測量教學中的應用

電子表格中的關于數據的計算也是在測量當中很有用處的，在測量當中很大一部分就是涉及到數據的處理和計算，傳統的手算已經不能適應社會快節奏的要求了，只有借助于計算機等輔助設備才能更好的完成測量的工作，同時提高了計算的準確性。

3、電子表格教學應用帶來的好處

3.1增強學習的能力

測量的工作環境和設備都是在不斷地更新的，而電子表格作為計算機的軟件也是在不斷地更新當中的，而且其更新的速度遠遠快于測量方面的速度，所以讓學生在進行測量學習的同時加強電子表格的學習有利于提高其學習的能力，為以后的工作當中不斷地學習做好準備。同時電子表格是一個很嚴謹的軟件，學習它可以培養學生嚴謹的工作態度。而測量學是一門科學，要有嚴謹的科學態度和良好的職業道德，要把測量成果的真實性放在第一位．因為工程質量牽涉到百年大計，要嚴格按”測量規范”要求去操作，不能弄虛作假，不能偽造數據，牢固地樹立實事求是的職業道德。實施教學過程中，除了激發學生的專業熱情外．還要讓學生理解測量專業是一門實踐性很強的專業，野外操作性強且長期在野外日曬雨淋，十分艱苦，培養學生的吃苦精神。

3.2避免了手算帶來的麻煩

在測量綜合實習期間．電子表格可以很好的避免手算帶來的麻煩。例如：極坐標放樣，在課堂上講解利用坐標反算方位角和邊長。根據計算出來的角度和邊長如何在地面上將點放出來．盡管老師使出了渾身數解進行講解。由于概念抽象，學生還是難以理解如何進行極坐標放樣。在施工現場，工地施工員把點坐標告訴同學，學生通過計算并現場放樣，很快掌握了極坐標放樣方法，而通過對電子表格的運用就很好的解決了這個問題。實習的主要內容有：角度測量、距離測量、距離放樣、坐標測量、懸高測量、對邊測量、面積測量等。主要是加強學生實際操作能力的培養，以工作任務的形式來提高學生的學習興趣．激發學生的成就動機．提高學生的組織管理能力以及崗位適應能力。通過實習使我們獲取了測量實際工作的初步經驗，提高了動手操作能力，也提高了學生在測量過程發現問題解決問題的能力。特別是施工現場的實習．當學生將放樣點在地面上標出來以后很有成就感。對學生今后走向工作崗位充滿了信心也奠定了良好的心理準備。通

3.3有利于基本原理的講解

運用計算機中的電子表格的形象的教學模式可以使同學們在討論中對所學知識產生更深印象。課堂教學時要把握理論的深淺度，對于一些基本要領，如水準測量原理、角度原理等要講透外，對一些公式推導要適當，主要是讓學生懂得公式的用處和計算方法即可。在教學過程中。對于操作性強的內容，應用多媒體課件和現場操作演示，讓學生在感觀中同時熟悉操作內容。對于儀器操作的內容，運用現場演示的方法，老師現場邊操作邊講解，講解完后可以讓同學進行操作．操作完畢后，老師對普遍性不正確的操作方法進行指正，然后再讓同學們自己練習，通過反復操作，有利于學生直接理解操作過程的要領．記憶深刻。有助于學生規范操作程序，培養學生養成良好的工作習慣，提高了學生的操作能力。測量學中有一些概念非常抽象。如等高線等。適用模型演示的方式，等高線講解更形象更直觀。教學講解時，先將模型給同學們看，然后一片一片地分開來，從山腳到山頂又一片一片的按照模型在黑板上勾劃出來．展現在黑板上的是一圈一圈的閉合曲線．告訴同學們這些閉合曲線就是等高線。然后再根據勾劃出來的等高線。講解等高線的特性．通過這種模型演示的教學方法，學生較容易地理解了等高線的形成和概念。

3.4了解計算機測量專業的應用

電子表格作為計算機當中的一款軟件，在測量教學中引入電子表格的教學可以讓學生更好的接觸到計算機，為以后在測量工作當中有效的運用計算機打下基礎。隨著科學技術的高速發展，測量新設備新技術不斷更新，從傳統的水準儀、經緯儀到全站儀、GPS等、特別是遙感技術．數字化測繪技術在各個領域得以廣泛應用。因此在教學中必須讓學生了解這些新設備新技術，拓展學生的專業知識面，讓他們在生產單位接觸新設備時，能較快地應用測繪新技術。學校通過各種教學方法用來提升學生的專業能力，作為一名學生，應該努力學習，不斷地吸取新的技術，探索新的知識，才會使自己的專業能力不斷地提升，才能成為一名合格的測量技術人員。

結束語

用EXCEL電子表格來處理測量計算數據，會使我們感到非常輕松、靈活。通過Excel電子表格制作的一些模塊，只要把外業測量的數據輸入到相對應地單元格中，要求的參數結果就可以馬上顯示出來，以達到事半功倍的效果。同時其生動、形象的教學模式也是在測量教學中值得相關的教學人員借鑒的。

參考文獻

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【2】何亮云．趙運林．關于新建本科院校學科建設若干問題的思考[J]．湖南城市學院學報，2005(6)．

【3】劉晨，李波，嚴曉敏，如何使用/0123 北京 機械工業出版社

測量學的應用范文第3篇

關鍵詞：英語測試；效度；信度

中圖分類號：G64文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）06-0269-02

1 引言

據全國大學英語四、六級考試委員會與英國文化委員會的合作研究結果認為：CET4和CET6(簡稱)是一項信度極高的考試，每次考試客觀題的內部信度都達0.9以上;效度相當高，回收問卷中有92%的教師認為CET能反映學生的實際英語水平。筆者以為這里所指的信度和效度的界定很模糊，就某次具體的測試而言，信度和效度是受特定條件限制的，不可能是絕對的。迄今為止，我國的高考、研究生入學考試、公共英語等級考試(PET)，包括CET等大規模英語測試還是以客觀性題型為主，主觀題只占10%或20%左右。就評分方法而言，因客觀性試題答案的唯一性，可用機器閱卷，從而保證了測試結果的客觀性和一致性，無疑具有相對較高的信度，但不足之處就是效度難以保證。同時大量采用主觀性、直接性試題的測試在閱卷信度上也令人懷疑。這樣的困惑總是或多或少存地在于考試的開發、設計和評估過程中。

我們能否使信度和效度同時最大化呢？信度和效度又應如何整合而達到適當的(appropriate)平衡？Bachman和Palmer在其測試理論中認為可設置“可接受的最低程度”(minimumacceptablelevel)的效度或信度等質量指標從而使得語言測試的“效用性”(usefulness)原則中各特征之間達到適度平衡。由于測試總是在一定的價值判斷、測試目標、社會環境等約束條件下進行的，本文嘗試探索在可行性條件下，測試的總效用(overallusefulness)最大化時效度和信度之間可能存在的關系。

2 效度和信度的基本概念及特點

如果我們想闡釋一次特定的考試成績是否正確反映了學生的語言能力，那么在設計和使用測試時，信度和效度是我們首要關注的特征。Bachman把信度定義為“測試的一致性”(consistencyofmeasurement)。簡言之，就是測試結果的可信度、可靠度。例如，我們可以這樣來檢驗測試的信度：使用同樣一份試卷，在兩種不同的場合、環境中，在較短的時間間隔內，施與同樣的學生，如果測試結果基本吻合，那么證明該測試是有信度的。一份試卷的測試結果如果缺乏信度，就沒有使用價值，同時也減弱了考試的公正性。當然，要完全消除不一致性(inconsistency)也是不可能的，我們能做的是盡量把影響不一致性的不利因素控制在最低程度，以便于提高測試信度。

信度所涉及的問題是個體測試成績在多大程度上是由測試誤差或其它因素所影響的。效度所關注的問題是個體測試成績在多大程度上和個體語言能力相關。因而，我們研究信度的目的是使測試誤差造成的影響最小化，研究效度旨在使我們想要檢測的語言能力的效果最大化，它們是兩個相互補充的目標。一項測試若沒有信度，也就無所謂效度。信度是效度的前提或必要條件。權衡信度和效度，效度是首要的。然而Underhill和Heaton指出信度和效度特征在本質上是互相沖突的。測試效度較高的試題有時測試信度較低。反之，測試信度較高的試題有時測試效度較低。Morrow也認為想把測試任務設計得既具有可信性又具有真實性不可能的。Hughes卻說雖然測試的各種特征相互排斥，但是這并不意味著我們可以完全放棄這些特征。

3 對信度和效度在理論上能達到適當平衡的可行性研究

評價英語測試最重要的原則是總效用性(overallusefulness)。Bachman和Palmer(1996:18)把某一特定測試的“總效用性”看作是由六個因素構成的，即效用性(Usefulness)=信度(Reliability)+構想效度(Constructvalidity)+真實性(Authenticity)+互動性(Interactiveness)+沖擊力(Impact)+適用性(Practicality)。這里需要說明的是：Bachman和Palmer之所以把“構想效度”作為“效用性”六大特征之一，是因為構想效度(上節已提到)關系到我們根據測試成績所作的解釋的意義性和適切性。前五者均與測試成績的使用有關，而“適用性”與測試的方法有關，能夠在很大程度上決定測試的可行性。評價一次考試是否有效用需要綜合考察這些因素，在它們之間尋求最佳的平衡點，而這一平衡能否實現取決于適用性的大小。對于大規模考試，考試策劃者需在試卷設計和考試任務設置時重點考慮信度和效度，而對于一般學校考試，教師就應多考慮考試任務的真實性、互動性和對教學的沖擊力(或稱后效作用)。

4 在英語測試實踐中把握好信度和效度的平衡關系

以上已經大致證明：信度和效度作為評估測試質量的兩個基本特性，兩者雖然在一定程度上是相互矛盾的，但完全可以通過相互協調使之達到適切的平衡，以保證測試的總效用性最大化。這一結論給我們的啟示是：在英語測試的設計和命題過程中，不能絕對、片面、盲目地追求或強調某一方面而以失去另一方面為代價，只有綜合平衡二者的關系才能獲得最大的總效用。

4.1 考試內容能否體現新的語言教學觀

語言測試隨著語言觀的發展而發展，也隨著教學理念、教學模式的更新而更新。八十年代中期開始流行的交際功能觀和九十年代以后興起的任務教學法(task-basedlanguageteachingapproach)都對語言測試的改革提出了新的要求。現行的四、六級考試題型還是以結構主義語言測試理論為基礎的多選題為主，某些語言項目的測試與實際語言能力的相關性不高，很難體現當代語言教學觀提倡的英語交際運用能力方面的考查。Bachman和Palmer(1996)也強調測試任務和目標語使用任務(target-languageusetask)的一致性。看來革新CET的試卷結構、題型設置是關鍵。為了提高考試的效度，可以通過調整主觀題和客觀題的比例(3:2或1:1)，多采用直接測試法，增加聽力和寫作測試的權重，加大口試考核力度并設最低分，變化題型等手段。也可通過采取大題量小分值，細化評分標準，綜合使用整體評分法(holisticgrading)和分析評分法(analyticmarking)等措施來提高考試信度。

4.2 能否產生正面反撥效應

測試是教和學的導向。問題是如何提高測試的正面反撥效應，減少負面反撥效應。四、六級考試長期以來采用固定不變的模式，客觀上造成了學生猜題、押題，教師偏向應試教學，產生了不良的教學效果。Hughes提出了若干提高正面反撥效應的建議：測試要培養能力;測試內容要覆蓋面廣并具有一定的不可預測性;盡量使用直接測試法；成績測試要與教學目標相結合，使用尺度參照等。這些建議多數涉及效度，也與信度相關。信度和效度是影響反撥效應的重要因素，正確處理好兩者的關系能使測試產生積極有利的反撥效應。

5 結束語

測試的最終目的是服務于教學。作為教師，重視語言測試理論的研究，掌握命題的原則，在試卷編制過程中把握好信度、效度及其它評價指標之間最佳的平衡關系，將有利于優化各類英語測試的質量，更有效地推動英語教學的發展。

參考文獻

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［2］Bachman,L.F.&A.S.Palmer,1996,LanguageTestinginPractice［M］.Oxford:OxfordUniversityPress.

測量學的應用范文第4篇

（1.中國海洋大學環境科學與工程學院，山東 青島 266100；

2.青島理工大學環境與市政工程學院，山東 青島 266033）

【摘　要】微生物群落是生態系統中最活躍的結構單位和功能單位，因此了解各種環境中微生物的群落結構有著重要的意義，其研究的技術也一直在進步。高通量測序可以一次獲得多條基因序列，使得其在環境微生物學中的研究中倍受青睞。探討了454高通量測序早在環境微生物學中的應用。

關鍵詞 高通量測序；環境微生物；微生物群落結構

微生物群落是廣泛存在于生態系統中的一種結構單位和功能單位，它們是生態系統內較為活潑的一部分。群落中各種不同的種群能以有規律的方式共處，進行相互作用，同時它們具有各自明顯的營養和代謝類型。了解微生物群落結構的方法主要有分子生物學的方法、Biolog法以及近年來發展起來的高通量測序技術。

1　高通量測序技術

隨著科技的迅猛發展，測序技術也在進步，這些測序技術可以在種的水平上對環境微生物進行分析和研究。出現在上世界70年代的Sanger測序法[1]，成本高測序通量低，成為了其廣泛使用的限制因素，但它卻是20世紀90年代到本世紀初期一直在使用的測序技術。

人類基因組這樣龐大的序列分析工作需要，使得新一代的測序技術也發展了起來。它的特點是價格低通量高，高通量則指的是每次分析都能得到幾十萬或幾百萬條DNA的序列。454高通量測序是由454生命科學公司在了2005年開發的，2007年，該公司了GS FLX系統，2008年了它的升級GS FLX Titanium。

現在新測序技術的主要平臺主要有[2]：羅氏454公司推出的GS FLX+system測序平臺，Illumina公司推出的MiSeq測序平臺，和ABI公司的Solid測序平臺等。本研究使用的是454高通量測序技術。

454高通量測序原理[3]：它采用的是焦磷酸測序法，是4種酶催化統一體系的酶級聯化學發光反應。首先將 PCR 擴增的單鏈 DNA與引物雜交，并與DNA聚合酶、ATP硫酸化酶、熒光素酶、三磷酸腺苷雙磷酸酶、底物熒光素酶和5´-磷酸硫酸腺苷共同孵育。在每一輪測序反應中只加入一種dNTP，若該dNTP與模板配對，聚合酶就可以將其摻入到引物鏈中并釋放出等摩爾數的焦磷酸。焦磷酸鹽被硫酸化酶轉化為ATP，ATP就會促使氧合熒光素的合成并釋放可見光。CCD檢測后通過軟件轉化為一個峰值，峰值與反應中摻入的核苷酸數目成正比。

擴增和測序可以高度保留細菌的遺傳特性，是一種很常見的來確定其分類和組成的方法。通過比較現有的數據庫，可確定其來自哪個生物的序列，從而確定細菌門類和各自占據的比例。

2　高通量測序技術在環境微生物中的應用

454高通量測序可以得出某個土壤區域或者生物膜中各種菌類組成，從而研究該區域微生物物種多樣性；通過測序可以得到微生物的群落結構、組成，再與微生物活性、營養元素的轉化等理化性質結合一起分析，來研究微生物的功能多樣性。

張彩霞[4]等運用454高通量測序來研究甘肅不同地區的土壤由荒漠變成百年老農田、約30年的農田、約20年的農田、樟子松林等過程中土壤微生物群落結構變化規律及其影響因素，對比對照組的土壤發現，在由天然荒漠土壤轉變成為不同利用類型的土地土壤過程中，具有從多變少再變多的趨勢。在天然荒漠土壤中，微生物總量的96%以上，在土壤轉變的過程中其生長受到了抑制，有4%的微生物在次過程中生長受到了促進。這個結果表明了土壤的微生物群落結構會受到土地利用類型變化的顯著影響。

Michaela等[5]人利用高通量測序技術研究了森林凋謝物和土壤中微生物的細菌和真菌群落結構，對28個站點的樣品進行分析，發現凋落物和土壤中存在著不同的微生物群落結構。其中，細菌的多樣性要比真菌豐富，尤其是在凋謝物中，細菌群落表現出了更高的均勻度。無論是凋謝物還是土壤中的微生物群落結構，都顯著受到了樹種的影響。

李鑫等[6]運用高通量測序技術分析了鹽堿地中，桑樹與大豆單作和間作不同種植模式的土壤細菌微生物群落結構差異性。結果顯示，間作時土壤的微生物多樣性要比單作豐富，即間作使得土壤的微生物群落結構多樣性有所提高。同時間作也改變了大豆和桑樹的根基微生物群落結構。在鹽堿地的種植中，間作不僅可以降低土壤堿性，還使得土壤的群落結構多樣性有所提高，植物產量增加。

夏圍圍等[7]將新一代高通量測序技術與DGGE兩種技術結合使用到了研究是新西蘭典型草地和森林土壤微生物群落結構上，以16S rRNA基因為標靶, 通過兩種技術來分析土壤微生物群落的結構組成和多樣性，同時以此來比較兩種技術的優缺點。測序分析結果顯示，新西蘭草地土壤檢測到22門，54綱，60目，131科和350屬；而DGGE卻只檢測到6門，9綱，8目，10科，10屬，這表明了高通量測序比DGGE能更完整的表達出微生物的群落結構組成。同樣的，在森林土壤也顯示出了類似的規律。

3　結論

目前，高通量測序技術仍處于發展的初期，但我們可以預見，在未來幾年將是第三代測序技術快速發展和三種測序技術的共存的黃金時代。測序成本將繼續迅速下降。科學家們在不同的領域將可以花更少的錢測序基因組物種或轉錄來達到更好的實驗結果和獲得更多的新的發現。此外，如何分析通過高通量測序產生的大量數據和從這些數據中提取有價值的生物信息將成為未來研究的熱點和重點。

參考文獻

［1］Sanger F, Nicklen S，Coulson AR. Proceedings of the National Academy of sciences of the United States of America[J].1977,74:5463-5467.

［2］Quail MA,Kozarewa I,Smith F,Scally A,StephensPJ,Durbin R,Swerdlow H,Turner DJ. Nature Methods[J].2008,5:1005-1010.

［3］Meyer M,Stenzel U,Hofreiter M.Nature Protocols[J]. 2008,3:267-278.

［4］張彩霞.新一代高通量測序技術研究土壤微生物群落結構對環境條件的影響[D].南京:南京農業大學,2012.

［5］李鑫.蘇打鹽堿地桑樹/大豆間作的土壤微生物多樣性研究[D].哈爾濱:東北林業大學,2012.

［6］夏圍圍,賈仲軍.高通量測序和DGGE分析土壤微生物群落的技術評價[J].2014,12:1489-1499.

測量學的應用范文第5篇

[關鍵詞]參考點、掃描測量、三維光學掃描測量系統

中圖分類號：TH74 文獻標識碼：B 文章編號：1009-914X（2014）18-0374-01

汽車工業是當今世界上最大的制造業之一，隨著市場需求的改變，汽車的更新換代速度日趨加快，其設計、制造速度的快慢直接制約著汽車工業的發展，由此而提出的逆向工程在汽車工業中的應用將大大地促進汽車制造業的發展。逆向工程技術可以通過掃描測量獲取實物外形坐標點、重建實物的三維數字模型。在此基礎上可以方便地進行模型再設計、快速原型制造與快速模具制造等后續工作，從而大大節省研發時間，縮短設計周期。

1、三維光學掃描測量系統工作原理

三維光學掃描測量系統由左右兩個高分辨率的工CCD相機和中央光柵投影單元組成，采用結構光測量的方式， 由光柵投影單元將一組具有相位信息的光柵條紋投影到測量工件表面，左右兩個相機進行同步的測量， 利用立體相機測量的原理，可以在1 秒時間內準確獲得500萬到 800萬個高密度的三維數據點；自動識別參考點和自動拼接，將不同位置和角度的測量數據對齊在統一的坐標系，獲得完整零件的掃描結果。

2、三維光學掃描測量系統掃描測量汽車工件的前期準備

三維光學掃描測量系統通過每次（第一次除外）自動將掃描的數據進行拼合并統一到同一坐標系下，實現完整的工件三維點云數據。因此，為保證單幅掃描的點云能精度較高地拼合在統一的坐標系中，需要對固定參考點提出一定的要求。

2.1 固定參考點的要求

參考點粘貼于被測工件表面或被測工件周圍。粘貼參考點的直徑大小要合適，必須保證從斜的透視圖中能看到參考點的直徑范圍內至少包含6～10個像素，以便ATOS系統進行識別。在工件的掃描測量過程中，為保證兩個CCD鏡頭的單幅測量能以較小的拼合偏差合并到統一的坐標系中，兩個CCD鏡頭的單幅照片應至少能看見前面已經標識過的3個固定參考點（第一張照片除外）；若能看見4個或更多已經標識且不在一條線上的參考點時，掃描測量系統的自動拼合精度會更高，建議最好有4個（或更多）公共參考點，這樣精度才會高，否則測量后期誤差會很大。

3、掃描測量方式

1）工件在掃描測量范圍內。這種掃描測量方式可保證在單幅掃描中能清楚地看見已識別的3個及更多的參考點，容易保證拼合精度。

2）工件尺寸比掃描儀掃描測量范圍大，又沒有使用Tritop相機。采用這種掃描測量方式時，通常被掃描工件比ATOS掃描儀的掃描測量范圍大2～3倍，并要求參考點有較好的分布。從被掃描工件的中部開始向兩邊掃描測量。

3）工件尺寸大，ATOS掃描儀配合Tritop相機使用。首先通過Tritop照相系統獲取參考點坐標值：先拍比例尺和參考點；移開比例尺和編碼參考點后用ATOS掃描儀單幅掃描。系統能精確地自動將單幅掃描合并到統一坐標系中，測量精度高。

4） 工件自身遮擋，利用單眼掃描。采用這種掃描方式前需要標定，首先打開投射光源，將白色平板放在標準距離上，調整光強掃描白色平板；然后把設備與白色平板靠近些，再調整光強掃描白色平板；最后把設備與白色平板離遠些，再調整光強掃描白色平板，計算，完成標定過程。需要特別注意的是兩個CCD相機都要完全看到白色平板，否則不能進行單眼掃描。

4、整車測量思路

對于整車應該采用掃描儀配合Tritop相機來測量。結合我公司三位光學掃描測量系統對掃描對象的要求，采用直徑為5mm的參考點。

1）根據汽車對稱性，選擇較好的一側（一般是左側）進行完整測量。汽車左側是結構較復雜的一側。測量前先定好哪些特征是完全對稱，掃描時要特別留意。

2）為了保證填充參考點質量，在粘貼參考點時要注意避開有特征的區域及一些工件的邊緣；參考點數量要盡可能多一些，保證在560mm×420mm范圍內有6～9個參考點。

3）測量前先選擇貼7個（或者>7個）不同長、寬、高位置的參考點，來保證最后測量坐標統一到車身坐標系。

4）測量過程中對于完全對稱的，可完整掃描一側，另一側按要求掃描；對于有所區別的對稱，應該完整掃描不同的地方。

5）測量完，認真檢查點云文件的完整性。將測量好的數據進行三角化處理。