测量学的应用篇（1）

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（b）-0130-02

1 摄影测量专业介绍

1.1 专业简介

摄影测量学的主要任务是利用各种影像信息测制各种比例尺的地形图并建立地形数据库，为各种地理信息系统（GIS）和土地信息系统（LIS）提供基础数据，提取客观世界中各种目标对象的几何与物理特征信息，以便应用计算机进行国土整治、环境保护与检测、灾害预报与防治、城市规划与市政管理等工作，从而为人们认识自然和改造自然提供科学的技术和方法，为国家和部门的重大决策和社会可持续发展提供科学依据和决策保障。

1.2 专业特色

摄影测量专业基于理论与实践教学相结合的原则，培养具有扎实的成像几何与影像信息的基本理论基础，具备航空和卫星影像数据处理、分析和解译能力的专业人才，以满足诸多领域（包括土木工程勘察、国土资源调查、自然灾害与环境监测及区域可持续发展规划等）对摄影测量与遥感技术日益增长的需求。

2 职业院校摄影测量专业发展现状

摄影测量学专业性很强，其中用到的飞机和航摄仪等昂贵仪器，学生毕业时都无法接触，以至于学生在学习中理论与实践无法结合。这也与现在提倡的培养技能型人才的教学目标相冲突，加之目前职业院校的学生在学习中存在许多问题，对实际操作的记忆优于对教材的记忆、机械记忆优于逻辑思维记忆。要想加强教学的针对性，提高教学的实效性，让学生在学校就能全面地接触摄影测量技术过程就显得尤为重要。针对职业院校摄影测量专业的教学现状，建立一个仿真摄影测量系统，即在室内完全模拟摄影测量技术的全部作业过程，应用现代化信息技术，全面提高现代化信息技术在教育管理和教学实践中的应用水平。

3 仿真摄影测量系统简介

仿真摄影测量系统是一套可以从数据获取到数据处理，完成数字摄影测量室内作业的所有软、硬件构成的系统。（1）硬件组成。仿真摄影测量系统的硬件主要由数字摄影测量工作站的硬件、沙盘模型及相机等组成。其中数字摄影测量工作站包含计算机及其外部设备。①模拟测绘航空摄影沙盘模型；②模拟测绘航空摄影轨道及配件；③测绘相机及配件；④计算机：工作站计算机配备双显示器；⑤立体观测装置：配备闪闭式液晶眼镜和振光眼镜；⑥操作控制设备：手轮、脚盘和鼠标等。（2）软件组成及主要功能。仿真摄影测量系统的软件由四维航空影像预处理软件、四维数字空中三角测量系统软件、JX4G数字摄影测量工作站软件以及超真自然真三维地理信息系统软件组成。①四维航空影像预处理软件主要包括航线设计、畸变差校正、质量检查、匀光匀色；②四维数字空中三角测量系统软件主要包括影像处理、内定向、选点、构建自由网、平差及检测；③JX4G数字摄影测量工作站软件包括航空影像、单模行、矢量测图、DEM制作、正射影像；④超真自然真三维地理信息系统软件包括三维全景图、三维侧视图。

4 仿真摄影测量系统在航测教学过程中的应用

4.1 仿真摄影测量系统在航空摄影教学中的应用

仿真摄影测量系统模拟真实的航空摄影。我国的航空摄影单位常用的是中国的运-5运输机和德国的徕卡ADS80相机，成本极高，学生在校期间不可能接触真实的生产过程，导致学生工作时没有任何实操经验，无法胜任具体工作。针对这种现象，在设计中我将实验室的地面设置成具有多地形要素的沙盘；在天花板上安装交错的滑道，模拟真实航空摄影的航线；将单反相机佳能5DⅡ的曝光系统改装为自动曝光系统并安装在模型飞机上，模拟真实的飞机和航摄仪；将模型飞机挂在天花板的滑道上模拟真实的航空摄影。这套设备的成本和真实航空摄影相比低很多，但是完全模拟了真实的航空摄影流程，学生在实验室中不仅可以全面地了解航空摄影，还可以直观地感受到毕业后的工作环境。

4.2 仿真摄影测量系统在摄影测量外业教学中的应用

航空摄影测量外业主要包括像片控制测量和像片调绘两大项内容。它是为了保证航空摄影测量内业加密或测图的需要，在野外实地进行的摄影测量工作。航空摄影模块获取航空影像之后，就要进行航空摄影测量外业工作，因为职业院校学生人数多，年龄小，在校外进行航测外业实习存在很大的安全隐患，所以在设计中，地面沙盘完全仿造中国的地物地貌，在实验室中可以模拟进行野外控制测量选点，并进行数据采集。在像片调绘方面，沙盘上的地物可以进行随意的安装和拆卸。

4.3 仿真摄影测量系统在“4D”产品获取教学中的应用

航空摄影测量技术可以根据用图的需要，生产出各种测绘产品，如我们常见的“4D”产品，即：DEM（数字高程模型）、DOM（数字正射影像图）、DLG（数字线划图）、DRG（数字栅格地图）。另外还有立体景观图、立体透视图、各种工程设计所需的三维信息以及各种信息系统和数据库所需的空间信息等测绘产品。

在航空摄影测量内业模块设计中，仿真摄影测量系统拥有全套的解析摄影测量软件和数字摄影测量软件，如自动空中三角测量系统TG_AT、像片纠正软件ERDAS以及立体测图软件JX-4G全数字摄影测量工作站，最终生成4D产品，数字摄影测量系统可以进行正射影像纠正和镶嵌、影像修补、任意影像的无缝镶嵌，此外将数字正射影像图与数字高程模型叠加，可生成沙盘的三维景观。

5 信息技术趋势下仿真摄影测量系统的重要性

在项目引领、任务驱动的教学模式转变之际，我们模拟真实的生产流程，建立仿真摄影测量系统，以更好地配合新的教学模式。同时，通过多媒体教程与课件，学生能在相对缩短的在校学习期间学到更多专业知识并掌握更多的实际操作技能，能更好地适应行业生产，能最大程度扩大就业面，增强学生就业竞争力。

在调研、收集资料和授课经验基础上，计划通过已有的仪器设备，设计制作仿真摄影测量系统，力求使课程目标明确，针对性强，操作简单，并且对于实习中可能出现的问题进行有针对性的讲解，传授解决方法，最终使学生对航空摄影测量技术的生产流程熟悉精通。

6 结语

“国务院关于大力发展职业教育的决定”中指出：进一步深化教育教学改革。根据市场和社会需要，不断更新教学内容，改进教学方法；加强职业院校学生实践能力和职业技能的培养。高度重视实践和实训环节的教学。职业院校继续坚持靠人才办校、靠特色强校、靠能力兴校的办学思想，进一步完善院校的发展战略规划、学科建设和队伍建设规划、校园和基础能力建设规划，切实把科学发展观的要求转化为正确的办学方向、办学理念、发展思路和改革举措，提高办学质量，建设和谐校园，促进科学发展。

摄影测量与遥感学专家李德仁院士曾经说过，要想让学生做出成绩，必须带领学生到科技的前沿去钻研。建立仿真z影测量系统，将摄影测量技术搬进中等职业教育的课堂，对特色职业教育的发展具有深远的意义。

参考文献

测量学的应用篇（2）

中图分类号：TV198 文献标识码：A

收录日期：2014年5月4日

数学的应用早已深入到众多其他学科领域，对其他学科领域的发展起到了越来越重要的作用。不仅如此，数学在其他学科领域的应用根据所应用学科自身的性质、特点、层次等呈现出不同的表现形式。测量学中的两大基本问题：对测量成果的计算（常称内业成果计算）和对测量误差的分析，都要用到诸多数学原理、方法和知识。本文将从基本特点、基本内容等方面，浅析数学在测量学中的基础应用。

一、基本特点

（一）基础性。在测量学中应用到的诸多数学原理、方法、知识，特别强调其基础性，所应用的数学知识也几乎都是最基本的，不适合做复杂的推导，也不适合做过多的数学延伸。通过分析，可以发现数学知识让测量学更简洁、准确、精确；比如三角和平面解析几何的知识，将测量学中的基本计算问题，几乎完全转化成了数学问题，尤其是平面解析几何知识的应用，让相关测量结果计算变得方便、直接。而直接影响测量精度的误差问题，更是直接应用了概率统计和微分学的基本原理、方法和知识作为工具，同样较完美的将测量学的误差问题转化成了数学问题，为提高测量精度提供了数学理论基础。

（二）专业性。在测量学中应用到的诸多数学原理、方法、知识，是服务于测量学的，所以更多的体现了其专业性。几乎每一个数学知识的应用，都有其特定的应用背景。数学知识的应用和安排是服从于“解决专业问题”这条主线的。在这种角度下，数学知识之间并不要求严格的逻辑顺序；比如三角和平面解析几何的知识就贯穿了整个测量学的基本计算问题，但其间却又同时穿插了概率统计和微分学的知识，用以解决分析测量误差的问题。

（三）综合性。在解决测量学中的两个基本问题：测量成果的计算和测量误差的分析时，除了测量学本身的要求和数学的强大工具性外，还要用到很多其他学科的知识，比如地理学、物理学的应用等，这是学科间的综合。即便是数学原理、方法、知识本身的应用，也不是孤立、单一的；同一个测量学问题的解决往往同时应用多个数学知识。

二、基本内容

（一）三角与平面解析几何紧密结合共同解决测量成果计算问题。在测量学中，三角知识的应用是非常普遍的，尤其是在进行测量成果的计算时，从水准测量到角度测量再到距离测量以及直线方位测量、平面控制测量、高程控制测量等等，无一不以三角知识为基础。不仅如此，三角知识还往往与平面解析几何紧密结合，共同来解决测量成果的计算问题。

1、三角的知识是基础中的基础。在测量学中，三角知识应用相当广泛，从勾股定理到正弦、余弦、正切、余切再到反正切、余弦定理等等，从不同方面完成了对测量成果的计算问题。比如，在分析水准尺倾斜产生的影响时，要用到余弦的知识。这样的例子几乎贯穿了整个测量学的基础应用。可以说，三角的知识是测量学中基础的基础。

2、平面解析几何将测量成果计算变得更加直接、简单。如前所述，三角的知识几乎贯穿了整个测量学的基础应用，而与平面解析几何基本原理、方法和知识的结合，则使测量成果的计算有了质的飞跃，这当然直接得益于解析几何自身的优势，将几何如三角的问题转化成了代数的问题，不仅使测量成果的计算更加系统化、统一化，还使测量成果的计算变得更加直接、简单。需要说明的是，数学上通用的平面直角坐标系与测量学中实际应用的坐标系是有一定的区别的，但它们的算理都是一样的。解析几何的原理、方法和知识在测量学中最基本的应用主要在于确定点的坐标、测算两点间的距离、确定两点间的坐标方位角等等。

（二）概率统计与微分学合力完成对测量误差的分析。中误差是测量学中关于测量误差分析部分的重要概念，也是误差分析的主要内容之一。从测量误差统计规律的揭示到测量中误差的定义再到它的计算以及它的变化等等，无不用到数学的原理、知识和方法，而其中最显著的是概率统计与微分学的应用，它们结合起来共同完成了对测量误差的分析。

1、概率统计揭示了测量误差的基本规律。测量学中指出，产生误差的原因很多，误差的种类也各不相同，大致涉及仪器的、人为的和环境的三个方面。测量学最关心的是那些不可避免的客观存在的偶然误差。对偶然误差的基本规律进行的研究、描述，离不开概率统计的知识，最基本的一点就是：偶然误差是不确定的，但随着观测对象的增加又会呈现越来越明显的统计规律。关于偶然误差的统计规律指出：偶然误差具有有限性、显小性、对称性和抵消性；而更进一步系统性理论性的规律则是通过概率统计中最重要的正态分布体现出来的。需要补充说明的是，偶然误差的“抵消性”更是直接指导了实际的测量学外业工作，在角度测量、直线方位测量等实地测量工作中，往往通过左、右测量或往、返测量等方向性相反的测量和多次测量来抵消仪器整平等过程中产生的误差。

偶然误差的抵消性用数学式子可以表示为：

■■=0，

i为各次测量的真误差，n为测量总次数，可以看出，当观测次数无限增多时，偶然误差的算术平均值接近于零。

2、概率统计的基本原理给出了测量中误差的定义。误差的常见基本定义，是测量值与理论真值之间的差，在测量学中依然适用。需要说明的是，测量学在定义测量误差的时候，引入了统计学的基本原理作为参考，那就是：实际测量工作中，需要对目标反复测量以提高测量精度、降低测量误差，而测量误差作为单独的研究对象时，是符合概率统计关于随机变量的基本知识的。需要指出的是，测量学中极其重要的“中误差”概念更是直接应用了随机变量的统计规律性加以定义：m=±■，m称为中误差，i为各次测量的真误差，n为测量总次数。从“中误差”的定义式不难看出，它充分考虑了各次测量真误差之间的关系、差异，是一个综合性的概念，也是衡量观测精度的一个可靠标准，进一步分析，还可看出，它的表达式非常类似于一般概率统计中标准差的概念，当然也就描述了针对同一观测对象一组观测真误差的平均离散程度。

3、微分学完成了对测量误差传播定律的定量分析。测量学的一大特点是，很多量的测量不是通过仪器直接测量、读数完成的，而是借助于其他的已完成的测量成果，通过一定的计算，间接完成的。比如一个简单的例子，要测量一块矩形场地的面积，是通过先测量矩形的长、宽，再利用矩形的面积公式计算得出面积。可以理解，由于各种原因，在测量矩形的长、宽时，不可避免的会产生误差，而这个误差将导致矩形的面积这个间接得到的量也产生相应的误差，这个误差既不是长的误差，也不是宽的误差，但是跟长、宽这两个直接的量都有关系，用测量学专业的语言描述，就是误差被传播了。用数学的语言描述就是，间接观测值是直接观测值的函数，而且间接观测值的中误差必然与直接观测值的中误差密切相关，其间对于这种关系的阐述就是误差传播定律。

误差传播定律包含了丰富的内容，主要有观测值的和或差的函数中误差（如为了求得两点间的高差，在两点间设置若干观测站时）、观测值倍数函数的中误差（如在不同比例尺的地形图上量算两点间实地距离）等等。但是由于借助了数学的高度抽象性，这些类型的中误差都可以概括为一般函数的中误差，并最终统一为一个数学式子：

m=±■m■■+■■m■■+…+■m■■，其中，x1、x2、…xn为n个独立的直接观测值，其中误差分别为m■、m■、…、m■，z=f（x1，x2，…，xn）为间接观测量与直接观测量之间的函数关系，■为间接观测量对第i个直接观测量的偏导数。从误差传播定律的数学式子可以看出，正是微分学的知识完成了对测量误差传播定律的定量分析，其中函数的建立和偏导数的计算又是关键的步骤。

测量学的应用篇（3）

【中图分类号】G712 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）04-0168-01

一、研究背景

随着工业化的大力发展，测量技术的应用也越来越广泛，并有了更高、更好的发展空间。现代化工业要快速地发展，就离不开测量技术，社会对测量人才的需求不断提高，测量是一切工业发展的尖头兵。高等职业院校培养适应生产、建设、管理、服务第一线需要的全面高等技术应用性专门人才，而如何提高学生的基本能力和基本技能是高等职业院校一直探索的一个重要的现实性课题。

过去，学院实训、多媒体设备有限，老师主要靠一支粉笔+一张嘴授课，学生参与实践的机会少，从而产生了对该门课程的厌学情绪。自从我院测量实训室硬件设备不断完善、实训基地不断增加，为任务驱动教学法在测量学课程中的实施提供了条件。

二、任务驱动法

“任务驱动”就是在学习信息技术的过程中，学生在教师的帮助下，紧紧围绕一个共同的任务活动中心，在强烈的问题动机的驱动下，通过对学习资源的积极主动应用，进行自主探索和互动协作的学习，并在完成既定任务的同时，引导学生产生一种学习实践活动。

任务驱动教学法，核心内容是一种以往以传授知识为主的传统教学理念，转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学理念；将再现式教学转变为探究式学习，使学生处于积极的学习状态，每一位学生都能根据自己对当前问题的理解，运用自己掌握的知识和技能提出问题、解决问题。

三、任务驱动法在高职《测量学》课中的应用

《测量学》课程是一门理实一体化很强的课程，其主要任务是将理论教学和实践教学有机地结合起来，培养学生动手操作能力，激发学生潜能。如：水准仪、全站仪、GPS接收机等的操作原理、操作技能及内业数据处理，其目的是培养学生发现问题、解决问题的能力。下面通过一个实例加以说明：

课题题目：基于榆职神院校园测图数字化的研究和应用

实施过程：（一）第一阶段：资料收集、分组

收集水准测量、导线测量、数字测图的文献资料，准备相关测量规程。

导线测量、水准测量内容各分成2大组，数字测图分成7人一组，共6组（前三小组工作对象是图书馆以北，后三小组工作对象是图书馆以南包括图书馆）。（二）第二阶段：任务实施

第一步：三级导线测量内、外业（如图1、图2）；第二步：四等水准测量内、外业（如图1、图2）；第三步：校园数字测图；第四步：南方CASS成图（如图3）；第五步：添加校园管网图及属性（如图4）；第六步：复核（参照施工设计图）。（三）第三阶段：总结。

四、教学效果与教学反思

通过任务教学法在《测量学》课中的应用，我深刻地体会到了，学生们对测量技术的学习热忱、对实践教学的喜欢和肯定，对所测成果表现出的自豪感，真正意义上喜欢上了这门课程、这一领域，体现了自己的社会价值，能进行准备的自我定位，实现了高职教育的贯彻的宗旨。

当然，这种方法在实施过程中还不尽完美，我还将继续探索，不断成长，使课堂更加生动、活泼，使孩子们更加满意。

测量学的应用篇（4）

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

中图分类号： P2 文献标识码： A

1引言

多媒体教学是一种有效的辅助教学方式, 它将文字、 图形、 图像、 动画、 声音和影像等 多种媒体运用到教学中, 对于优化教学过程, 开拓学生视野, 增加课堂信息量等方面都有着明显的优势, 具有很强的表现力, 可以激发学生的 学习兴趣, 集中学生的注意力, 增强学习效果。

测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面（包括空中、地下和海底）点位的科学，是研究对地球整体及其表面和外层空间中的各种自然和人造物体上与地理空间分布有关的信息进行采集处理、管理、更新和利用的科学和技术。其大多数理论方法都比较抽象，教师在课堂上讲课很难表达清楚，学生理解也不够形象完整，从而使的教学质量下降。为了使学生能够感性地认识测量学的理论和实践知识，开发一个多媒体的动画教学软件很有必要。

2软件与技术平台

现在用Powerpoint为表现形式的多媒体课件已经很普及，促进了教学质量的提高，但它还有很多的不足之处。比如，表现形式单一，大多都是以文字和图片的形式呈现在学生面前，使学生缺乏兴趣去接受老师讲的内容；功能有限，Powerpoint虽然是教学的一个很好的平台，但其自身功能还是有限，不能做出预期的效果；无法实现三维演示功能。所以单独依靠Powerpoint来教学，不能达到很好的教学要求。

动画是一种综合艺术，它是集合了绘画、漫画、电影、数字媒体、摄影、音乐、文学等众多艺术门类于一身的艺术表现形式。以动画视频来教学的方式成为了一个受欢迎的教学方式。学生可以更加直观、更加感性的去认知知识，同时使课程也变得更加生动、更加形象。

制作动画需要软件支持，比如图象处理软件，音频处理软件，文字处理软件等等专业软件。其中比较主流的软件公司为adobe与autodesk两家公司。其中adobe公司的软件主要做平面图像处理，影视合成方面；autodesk公司软件主要做三维建模与动画的制作。

动画制作过程是复杂的，他一般包括前期制作、中期制作和后期制作（如图1）。每个制作模块都有其自己的制作内容。

图1 动画制作过程

3动画制作实例

我们不需要将所有讲课内容都制作成动画, 而主要是将难于讲解、需要演示、需要操作的内容制作成动画。例如：椭球的几何参数；高斯投影的过程；二等水准观测的过程；坐标转换的计算等等。因此，像这些教师课上难以讲解的抽象的、难懂的知识点，一个个的制作成动画视频，以形象、生动的图像形式展示在学生们面前，使教学变成一场有趣视听体验。

测量学中有许多实践课需要学生们在实地操作，但对于非专业而又需要用到的学生则没有办法亲生体验了解，教师也只是在课堂上用简单的描述性语言说一下，或者有的直接让学生们自学一带而过。如果我们使用了动画视频教学，同学们就可以更加轻松地学习书本上学不到的知识。例如2秒经纬仪的读数（如图2，3，4）。

图2瞄准前 图3错误读数图4正确读数

再如测量学中的坐标转换原理，很多学生在学习这个知识点时会遇到困难。对于二维的直角坐标系转换，学生们可以很简单的理解。但当涉及到三维转换原理时，学生们就略显吃力了。对于两个空间三维直角坐标系O1-X1Y1Z1和O2-X2Y3Z2，要实现空间直角坐标系从O1-X1Y1Z1到O2-X2Y3Z2的转换，首先通过坐标原点平移，使坐标原点O1与O2重合。其次，对于同原点的两个三维空间直角坐标系O-X1Y1Z1和O-X2Y2Z2，通过旋转，实现O-X1Y1Z1到O-X2Y2Z2的变换，如下图。

图

其变换具体过程：由于坐标系的单位长度不同，所以两坐标系存在一个比例系数m; 坐标O2-X2Y3Z2首先进行平移，使其坐标原点与坐标O1-X1Y1Z1原点重合; 首先绕OZ1旋转角; 然后绕OY1旋转角; 最后绕OX1旋转角

旋转矩阵分别为：

(1)

公式（1）可以写成：

(2)

进一步简化为：

(3)

(4)

最终加上缩放比例m与平移参量，公式可写为：

(5)

根据原理，就可以逐步开展动画制作了。

3.1前期制作

前期制作部分的工作主要是资料素材的收集和整理。对动画进行整的构思，设计场景造型，然后根据整理的资料素材撰写动画脚本和配音脚本。

3.2中期制作

中期部分工作就要根据前期制作中设计的脚本进行动画的一画画制作。这里就要用到adobe公司开发的photoshop图像处理软件，进行素材的美化加工（如图5）。

对于三维动画则需要使用autodesk公司开发的3dsmax 或maya软件进行三维建模后，然后制作动画（如图6）。

初步动画制作完成后，需要进行对画面色彩、特效等制作。如加上光晕、材质、灯光等处理（如图7）。

图5 Photoshop图像处理二等水准测量 图6 3dsmax制作坐标系模型

图7 After effect动画渲染

3.3后期制作

这样一个动画制作完成了，但是此时的动画只能在软件里面播放，需要我们使用软件进行渲染处理，输出最终的文件。格式一般有*.avi, *.mov, *.rmvb等等。

4动画合成

渲染出来的动画在premiere中支持*.mp3, *.wav 格式声音文件, 事先将声音文件录制编辑好, 以*.mp3 或* . w a v 格式文件保存。声音文件可以直接导入, 导入的声音文件存储在premiere中。然后在premiere软件中对音频文件进行去噪处理，然后进行剪辑，使动画和录音达到同步的效果。最后导出文件就是我们最终需要的动画视频了。

5结束语

对于多个动画视频文件，我们可以制作一个多媒体文件包，可以放到网上，这样学生们可以通过网络随时随地地学习到知识。

以动画为平台的测量学多媒体动画软件，能够直观、动态地表现教学过程，将教学思路融合到动画之中，激发学生学习兴趣，丰富了教学内容，增强了教学效果。此方法正在被广泛地运用到教育领域。

参考文献

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[7]汤洪海. Photoshop 后期处理入门[J]. 大众数码, 2007, 8: 068.

测量学的应用篇（5）

中图分类号：TP317.4-4

Photoshop是一款功能强大而操作简单的通用图像处理软件。目前在高校“Photoshop图像处理”已成为广受学生喜欢的课程。Photoshop软件具有广泛应用，为大众所熟知的有：平面设计、相片修复、广告摄影、艺术文字、网页制作等。然而，Photoshop在工程、科研等领域的测量应用却鲜为人知，例如，化学中的应用（王昭松和王麟生，2005）、林业制图及面积求算中的应用（耿继斌，2011）、植物叶面积测定（于守超、张秀省和冀芦莎，2012）、地质灾害危险性评估中的应用（吴怀义和刘滨，2003）等。也有学者注意到的Photoshop软件教学中测量应用的重要性，因而在教材的扩展部分中加入了这方面的内容，例如，联骏编著的《图像编程精髓：从开发自己的Photoshop开始》（电子工业出版社），但是此教材中采用高级编程的形式实现测量方面的应用，生涩难懂，不适合非专业的学生学习。

在笔者讲授的“Photoshop图像处理”课程中，讲解Photoshop软件常用功能之余，穿插适当的Photoshop测量应用的内容，操作简单，功能奥妙，能增进学生对Photoshop软件的理解、扩充知识面、培养学生的科研兴趣、以及增强逻辑思维等，而且教学过程简单易完成，不会占用太多的课堂时间，一举多得。现结合笔者的教学实践，就“Photoshop图像处理”课程教学中增加测量应用的教学方法进行探析。

1 案例教学设计

教学的理论和实践基础要求不高，仅需要了解像素的概念、能灵活使用Photoshop的选择工具即可。教学中安排两个案例，讲解第1个案例，然后让学生完成2个案例。教学和练习时间为20分钟。

1.1 案例1

已知图1中商品房的室内面积S，求各厅室的面积Si（其中阳台的面积按50%计算）。计算的思路是，计算商品房室内区域的总像素减去阳台总像素的50%，为室内的总像素面积P，再分别求出各厅室的像素面积Pi与P的比例，与S相乘，便可得出Si的结果。

在Photoshop CS6.0中，计算像素面积的操作方法是，先建立目标选区，选择菜单：图像分析设置测量比例记录测量，便可在新弹出“测量记录”窗口中得到测量结果。以图1中的客厅为例，得到的像素面积测量结果如图2所示。

1.2 案例2

计算洪灾时鄱阳湖岸的受灾面积。图3是某次洪灾时长江中下游的卫星遥感图片，在图片的中部可以清晰地看到鄱阳湖的水面。本例需要计算出洪灾中的鄱阳湖湖水面积，与正常时期相比较，分析得出鄱阳湖湖岸受灾面积。计算的思路是，先计算出图中鄱阳湖的像素面积，如图3（b）所示，再通过图3（a）中比例尺计算出每个像素代表的实际面积，最后得出洪灾时鄱阳湖的湖面面积。最后在网络文献资料中查出正常时的鄱阳湖面积，与洪灾时的面积相减，便可得出鄱阳湖岸的受灾面积。具体操作方法可参见文献[1]。

2 教学效果调查

在对2个教学班共185人完成教学后，立即通过教学网站的预设好的调查问卷对教学效果进行调查。调查结果显示：在授课前没有人听说过Photoshop具有测量的功能；98.9%的同学认为本次授课内容实用有趣、值得学习；90.8%的同学认为学习内容印象深刻；84.9%的同学认为本次授课内容轻松愉快；77.3%的同学认为增加了对工程测量和科研工作有进一步了解；94.1%同学经过这次学习后，增进了对Photoshop课程的学习兴趣。调查结果显示，授课效果达到预期目标。

3 总结

本次教学，以扩充知识面、培养逻辑思维、增强学生实践应用能力、培养了学生的学习能力和探索精神、提高学习兴趣为目的。选择难易适当的2个案例，控制授课时间在20分钟左右，很好的解决整个课程课时少、内容多的问题。通过调查显示，已很好的达到教学目标。此外，举一反三，还很多有趣的学习内容，比如简单的动画制作等，能否穿插在Photoshop课程的教学中，也值得我们去探讨和实践。

参考文献：

[1]黄秀茵，黎记果，陈仕鸿.Photoshop CS6在遥感地图洪灾淹没面积计算中的应用[J].连云港职业技术学院学报，2013，26（2）：31-32.

测量学的应用篇（6）

中图分类号：O651 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0143-01

现阶段，在目前的化学工业生产领域当中，为了能够更好的确保产品的质量，就需要我们通过运用各种检测手段，来进行产品原材料、成品或半成品进行检测，质量检验部门常常需要通过获得的检测结果来判定产品的各项质量指标是否符合规定的技术指标的要求；其次自我国加入WTO以来，我国和其他国家的贸易往来日渐频繁，对于化学分析结果的用户，特别是涉及到国际贸易领域，正在受到越来越大的压力减少取得化学分析结果重复性劳动，增强对自身测量结果的信心，不可避免会应用到测量不确定度。

一、基本概述

通常情况下，在化学检测工作中，要求工作人员必须要针对于所得出的检测结果与既定的限定值参数相比较，并作出相应的测定结果符合性声明，以此对测定结果的真实性与精确性作出客观说明。然而我们知道，所有测量结果在一定程度上均带有显著的不确定度特征。换句话来说，如果在化学检测过程当中不考虑不确定度因素的影响，我们就无法针对化学检测测量结果作出精确的说明与解释，从而导致评价与决策带有不可避免的高风险特征。特别值得注意的一点在于：对于化学检测测量结果极其接近既定限定值参数的情况而言，若未针对测量不确定度相关问题引起关注或是考虑测量不确定度的方式存在问题，整个化学检测结果作用之下的结论可能与事实结论背道而驰。相关规范性标准针对这一问题做出了系统说明：对于化学检测而言，在检测的目的是将检测结果与既定限制参数相比较的情况下，有关测量不确定度的研究是必要且必须的。据此，笔者现针对测量不确定度在化学检测符合性评定中的应用问题做详细分析与说明。

二、化学检测符合性评定中对测量不确定度的应用分析

现阶段，在社会的长期发展中，人们对于测量不确定度的认识也慢慢的加深，开始有越多越多的化学检测实验室开始意识到测量不确定在衡量检测结果的质量上的重要性。测量不确定在测量结果报告和符合性判定时的重要性，尤其对于化学检测领域，由于人员操作的操作误差，取样的代表性，测量仪器的不稳定性，以及所用到的标准品的值的不准，测量方法的近似性，以及重复测量观测值的变化等等诸多因素都会影响到最终结果的准确性，因此在结果表示时引入测量不确定度有着极其重要的影响。

（一）测量不确定度与测量结果不相关分析

就针对于目前的技术条件来说，部分标准在测量结果与限定值参数的过程当中直接针对测量结果的合格性加以判定的。一般来说，低于规定限定值参数的测量结果判定为有效，等于或是高于规定限定值参数的测量结果判定为无限。从这一角度上来说，此种判定方式对于化学检测过程当中测量不确定度的大小有着间接或是直接的约束行为。换言之，此种测定方式势必会导致决策风险水平的提高。基于此，在做符合性判定的过程当中，大多数产品标准并为就如何应用不确定度的相关内容加以阐述。而从化学检测试验室角度上来会所，在考虑不确定度对测量结构影响并进行符合性评定的过程当中，测量结果的合格性情况可以判定为3种，即不合格、合格以及不确定是否合格。这也就意味着：在对测量结果符合与否指标进行判定的过程当中需要扩展不确定度（扩展不确定度在GUM原则作用之下进行评定，由合成标准不确定度以及包含因子这两部分构成）。更为关键的一点在于：包含因子在选择过程当中应当依照置信水平、有效自由度以及被测量概率分布这几方面因素综合考量（一般来说，置信水平参数应当考虑设定在90%以上）。在部分情况下，我们在获取测量结果并针对其做复合型评定的过程当中首先需要明确一个相对精确的置信水平。在正态分布作用之下，化学检测测量结果与上限值参数比较之间的计算方式是既定的。相关实践研究结果表明：尽管基于不同分布假设情况中针对同一测量结果所得到的置信水平存在一定的差异性，进而导致测量分布无法被有效且精确的估计。

（二）测量不确定度与测量结果相关分析

我们就以有关果蔬粉中总抗坏血酸含量测定数据分析为例，化学检测作用之下，测定结果示意表中应当列出的指标包括了质量分数，扩展不确定度参数以及相对扩展不确定度参数。并有着以下结论：在高质量分数区域范围当中，测定结果与扩展不确定度之间存在一定比例的相关性关系。与此同时，在低浓度质量分数区域范围当中，扩展不确定度参数的变化波动是比较稳定的。基于此，在针对化学检测结果进行符合性评定的过程当中应当依照：常数2+（比例常数/测量结果）2的平方根方式加以计算。特别值得注意的一点在于：无论合成标准的不确定度是应用何种方式所获取的，扩展不确定度计算均需要纳入基于被测量的分布范围当中加以考量。

（三）测量不确定度报告及表示分析

通常来说，有关测量不确定度的报告与表示应当在GUM统一性原则的作用之下加以完成，并以“测量结果±扩展不确定度”的方式加以列示。特别值得注意的一点在于：对于那部分化学检测测量结果极其接近与该质量特性自然限量（此处的自然限量多指质量分数100%或是自然数0），还有另一种情况在于化学检测结果已无限接近与检出限参数。在此种状态之下，测量不确定度的报告及表示就需要考虑一个方面的问题：因为此时检测结果所涉及到的包含区间存在可能超出合理范围的部分，为此可考虑直接将包含区间内部超出合理范围的部分直接剔除，这也是当前技术条件支持下解决此类问题的最普遍方式。

三、结语

总而言之，从本质上来讲，化学检测本身所涉及到的符合性评定，其实就是一种以测定结果为中心，对所估计真值与限定值进行衡量与比较的方式，其同样也是分布数学期望同数值的比较方式。本文针对测量不确定度在化学检测符合性评定中的应用问题做出了简要分析与说明，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。

测量学的应用篇（7）

基金项目：基金项目：专业结构调整服务地方发展计划（2013zytz077）、校级大学物理团队项目（2013jyxmo5）、蚌埠学院2015年院级科研项目（2015ZR17）、蚌埠学院2012年院级重点教研项目（JYLZ1205）

摘 要：较化学检测法等传统环境污染检测方法，光学测量方法以其无可比拟的优势广泛应用于环境污染物的检测及监测，近几十年来发展迅速，并具有广泛的应用前景。随着激光技术和计算机技术的发展，光学测量方法也随之变革。例如激光光谱对特定气体的检测（LASAIR系统），紫外差分光学吸收光谱仪（DOAS系统）和傅里叶变换红外干涉仪（FTIR系统）等，都为这一变革提供有力的佐证。论文介绍光学显微镜检测方法，光学分析方法以及光电检测技术，重点分析光学显微镜检测方法在环境监测中的应用、光学分析方法在水质检测领域的应用、光电检测技术在环境监测中的应用，光学测量方法的最新发展方向。

关键词 ：光学显微镜；光电检测技术；光谱学分析法；DOAS系统；FTIR系统；LASAIR系统

中图分类号：O439文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）08-0005-04

随着现代科技的不断更新与物质生活的高度发达，环境污染物的排放量日益增多，人们在享受着丰富物质生活的同时，也受到了环境污染带来的冲击，例如酸雨的侵害，雾霾天气的影响，全球变暖导致的海平面上升等问题。传统的检测方法（如化学法），由于用时长、花费高、操作复杂，需要各个部门相互协作，甚至在检测时都可能会产生环境污染物，越来越受到抵制。而光学测量方法在环境检测方面，更能有效地避免这些弊端的产生。

在环境中，对于水质，有关部门主要通过对水质采样、化验、分析的方法实现对水质的监控。对于水体富营养化的这种情况，有关部门通过光学显微镜直接对水体进行观查即可。而对于重金属污染过的水源，往往光学显微镜很难直接观测出来，还要通过物理或化学的方法使重金属沉积，沉淀或“染色”，才有可能观察到。但是这种方法用时长，不利于及时了解水污染的情况，而且在使重金属沉淀的方法中，有可能又会产生新的污染物，样品处理又带来了困难。由于光学显微镜很难实现对空气的检测，所以在环境监测中用处并不大。这时人们联想到，也可以通过光的其他特性来实现对环境的实时的监控。而光电检测技术（如外光谱法，激光光谱法等），人们可以直接检测环境中的污染物，无需费时费力，既能实时地反映出污染物的量和浓度，又不会产生附加污染物，且在环境监测中实用性很强。光电检测技术利用光的光谱特性，可以在受污染的水中使用，也可以在工厂的排气烟囱中使用，甚至可以专一地检测某种气体，例如，甲烷气体，二氧化碳气体，含硫化合物气体等[1]。

1 光学显微镜检测方法在环境监测中的应用

在现实生活中，我们最易受到水污染带来的侵害，水体富营养化一直是我们关注的重大问题，而光学显微镜在这方面的检测应用极其广泛。环境保护部门在水污染地需要将水质进行抽样、化验、分析、观察，这时就要用到光学显微镜[2]。

1.1 细菌、霉菌检测

水体细菌含量是人们辨别水质是否利于饮用的重要标准，如人们会对水中的大肠杆菌群检测做一个革兰氏染色镜检。

1.2 生物群落检测

浮游植物是水域的初级生产者，繁殖速度很快。水体富营养化会促进其繁殖能力，从而影响水质的饮用安全。对浮游植物的检测，离不开光学显微镜。光学显微镜直接对水质进行观察监测，每过一段时间，镜检跟踪浮游植物的群落状况，以判断水体是否富营养化。

1.3 特殊物质检测

石棉纤维被动物体吸入肺部后，容易沉着在肺泡内，影响动物体的呼吸，对动物体的健康影响很大。在用光学显微镜检测时，必须用高倍镜才能观察到石棉纤维，因此，对光学显微镜的分辨率要求比较高。为确定肝癌细胞的使用量，需要用光学显微镜镜检肝癌细胞的复苏状况。

二噁英（Dioxin），是某些有害物燃烧后产生的脂溶性物质，不能被生物分解，具有很强的危害性。利用离体肝癌细胞的EROD与二噁英的复合毒性效应是生物学中的一种检测方法。环境监测部门也利用这种方法对环境中的石棉尘（石棉纤维）进行监测。

在受污染的水体中，培养鱼（一般选择生长速度快的青鱼）的受精卵，在鱼卵孵化过程中，使用光学显微镜监测受精卵的孵出率，并观察胚胎发育过程中畸形胎所占比重。

1.4 环境毒性测试

根据所知的生物学，单细胞藻类有很强的繁殖能力。可以在水体中培养藻类，用光学显微镜观察，监测藻类世代的生长情况和藻类种群的变化情况，判断水体中是否存在急性的毒性物质[3]。

2 光学分析方法在水质检测领域的应用

物质在吸收光波后，会在某一波段有一个吸收峰，通过分析这个波段，就可以得出该物质的光谱特性，光学分析方法就是在此研究基础上找到的一种测量方法[4]。反应灵敏度高，检测速度快的优点是人们在采用这种光学测量方法时首要的考虑因素。某些光学分析方法，人们往往既不需要像传统检测方法一样去使用试剂，又不需要花费太多的精力去维护相关的仪器设备。近几十年来，光学分析方法随着科技的脚步，在水质检测方面也跨上了一个新的台阶[5]。

2.1 比色分析法

比色分析法是指利用物质与物质之间的化学反应，获得深颜色的溶液后，通过比较前后溶液的颜色深浅度来测量所含物质浓度的方法[6]。比色分析法主要用于水质中，有色重金属离子的浓度检测。但是，有些重金属离子却是无色的，例如一价铜离子溶液，这时可以根据其易被氧化的化学特性，将一价铜离子溶液氧化成蓝色的二价铜离子溶液。比色分析法可分为目视比色分析法和光电比色分析法，两种方法的测量原理均为朗伯－比尔（Lambert-Beer）定律。但是，目视比色分析法中，人的主观判断会影响未知量的测量，因此目视比色分析法准确度不高。而采用分光光度法的光电比色分析法，弥补了主观判断造成的失误，未知量的准确度和灵敏度得到了提高。

通过了解，可以看出，使用比色分析法时，必须建立在显色反应的基础上，因此对溶液离子的化学性质要求比较高。人们可以采取目测的手段，也可以采用与离子反射或吸收波长相对应的单色光源进行检测，还可以使用与高速计算机联接的摄像头进行图像综合对比分析。利用显色剂的不同反应，比色分析法可被广泛地应用在水质监测方面以及测定受污染水质中的各类污染物浓度。

2.2 紫外光谱分析法

紫外光具有波长短，能量大，透过力强的特点，利用这一特点，人们可以通过紫外光谱区进行检测。有机分子在紫外光谱区的吸收较强（其实就是高能量脉冲杀死了有机活性物质），因此适用于检测水体有机污染物。紫外光谱分析法，分为单波长法，经过多年探索研究后，发展为双波长法，循序渐进到如今比较全面的全光谱法。对单波长法进行改进的双波长法，在测量时，无需参比溶液即可消除混浊度的影响。全光谱法是在光谱分析仪的基础上研究出的一种对待测溶液比较全面的检测方法，包含了吸光度在全紫外光谱区所有有机污染物。

2.3 间接测定法

水质中，对重金属离子的浓度还有一种间接检测方法荧光分析法[7]。顾名思义，荧光分析法就是获取重金属离子的荧光图像，再通过计算机编程处理，由此间接地测量出重金属离子的浓度。在这一过程中，需要用到与重金属离子相匹配的试剂。

2.4 直接测定法

直接测定法省去了间接测定法中匹配试剂的过程，检测速度有所提高，但是却要满足物质本身就发射荧光（如叶绿素、水中有机物等）这一苛刻条件。不管是间接测定法还是直接测定法，都无法忽略光源的重要作用。尤其是在直接测定中，要求光源的发射光波长与物质的吸收光波长一致。激光光源由于其得天独厚的优点（单色性好、能量集中），受到了研究人员的高度关注，激光诱导荧光技术就是采用激光作为光源的荧光检测技术。目前，激光光源在直接测定法中几乎已经取代了传统光源的检测地位。

3 光电检测技术在环境监测中的应用

虽然光学显微镜在水体污染的监测中可谓崭露头角，但在空气污染物的监测中却显得捉襟见肘。空气污染物通常指以气态形式进入大气层来物质（主要是人为污染，例如含硫化合物，二氧化碳气体等等），其对人体或生态系统具有很不好的效应，例如酸雨，雾霾等等。随着光学的发展，光电检测技术逐步应用到现实生活中，尤其在环境监测中，以其独特的优势获得了人们的青睐。

3.1 光电检测技术的原理

光电检测是指利用各类光电传感器，将被测量的物理信息转换成光信息，再通过A/D转换器转换成电信号，再综合利用信息传输技术和计算机编程处理技术，完成信息获取。当光照射到物体表面时，使物体发射电子、或电导率发生变化、或产生光电动势等。这种因光照而引起物体特性发生变化的现象称为光电效应光电检测系统以激光、红外、光纤等现代光电器件为基础，对载有待测物体信号的光信息进行处理，即通过光电检测器件接收光信息并转换为电信号。由输入电路、放大滤波等电路提取待测物的信息，再经过A/D转换器输入计算机运算和处理，最后提取出待测物体的几何量或物理量等所需信息（如图1的光电检测系统）。

3.2 光电检测系统在环境检测中的应用

光与物质的相互作用，改变了物质的某些物理特性。利用这种特性，制作的光电检测系统可以分为两大类：使用能覆盖宽光谱区的宽带光源的监测系统；使用激光或窄光谱光源，因而只能覆盖窄光谱区的监测系统[8-9]。在宽带监测系统中，傅里叶变换红外干涉仪（FTIR）或紫外差分光学吸收光谱仪（Uv-DOAs，又名DOAs系统）测系统可同时监测未知混合物中的多种化合物。通常这些化合物是包含在宽谱带内的，宽带监测系统能“观察到多种化合物的存在，但分辨率不高，不能将这些化合物从复杂混合物中直接区分开来”。但是，当宽带监测系统的分辨率低于欲观察的光谱线中的精细结构时，就不能观察到真正的吸收峰，且会限制对气体浓度值的检测。

激光监测系统由于分辨率高，扫描光谱范围窄，所以检测灵敏度相当高，但是激光监测系统发出的波长必须与被检测化合物吸收谱线的光波长相匹配。由于激光监测系统发出的激光波长是单色的，扫描波段被限制在极窄的范围内，一般情况下只能对应的检测出一种化合物。若检测的是混合物，则需要另加对应的监测装置。在目前的环境监测中，宽带监测系统和激光监测系统，这两种类型的监测装置都有其应用。例如，FTIR监测系统，它可提供对企业事故中泄漏出的某些有害化合物进行检测。这时对所有的可能的有害化合物来说，检测灵敏度就不如检测范围重要。但如果要连续实时监测从污染源（如烟囱向大气层中排放污染物，汽车尾气排放的污染气体时）释放出的有害气体，则监测装置抗其他化合物干扰的能力和高检测灵敏度就是重要因素了，这时，激光监测系统就成为了理想的监测系统。激光雷达像其它激光监测系统一样，能检测的样品不多，但它具有空间分辨力，是迄今为止，唯一能提供空间信息技术的检测系统，因此，探索污染物的发源地，激光雷达系统是最好的检测系统。诸如高空大气层中臭氧的消耗情况，可以使用激光雷达系统进行计算机模拟绘图。使用激光雷达系统提供大气层中空气分子成分分布的垂直剖面图，可以对大气传输和扩散过程有更透彻的了解。

DOAS系统可以测量多种化合物，如含氮化合物、甲醛、酚、苯、甲苯、二甲苯[10]。它的工作原理是根据光的反射定律，光源发射的光波经过某些物质后，经吸收的光波与光源光波一起被反射镜反射回来，利用计算机高速运算的能力分析光波的差异性，故而称作差分光学吸收光谱技术。调取吸收光谱数据库中已知数据，与吸收光谱数据相比较，从而分析物质中存在的化合物种类。

LASAIR系统是激光技术与计算机技术相结合的高新技术[11-12]，利用激光的单色性和计算机的高速运算能力，提高了检测效率。可调二极管激光吸收光谱分析仪发射出的激光光波长，足以满足吸收峰在中红外区（320um的范围内）的物质检测，适合大多数的工业环境监测。可调二极管激光吸收光谱仪，已在全球范围内有毒有害气体的检测上发挥了重要作用。LASAIR能测量的气体分子包括NOx、HF、HCI、HI、NH3、C2H2、COx、H2S、CH4。但是，由于每种气体对光波的吸收峰值不尽相同，必须要使用发射对应吸收峰值波长的激光光源。

4 结束语

随着时代而发展的光纤通讯和光电子信息技术被应用于环境监测中，尤其是具有体积小、寿命长和光电转换效率高的近红外二极管激光器[13-14]，目前已经迅速商品化，成为了检测空气污染物质的最合适光源。而调谐二极管激光吸收技术利用分子的吸收光谱单一分立吸收线这一原理，可以采样到被检测气体的每种光学信息。当激光通过被检测气体时，光电磁波会被吸收和散射而衰减。利用被测量物质分子的吸收能力远远高于物质分子对光的散射能力，我们可以忽略掉物质分子散射的这一衰弱影响。经过近30年的发展，调谐二极管激光吸收技术日益成熟，被广泛的应用在空气污染物质的检测和监测中。随着光谱学分析技术和激光技术的完美结合，特别是在近些年来，制作半导体材料和器件的工艺长足进步的情形下，激光光谱学分析技术在环境监测方面的应用越来越成熟。

红外半导体激光器可以在常温下工作，取代了传统光源的地位[15]。研究结果表明，红外半导体激光器的发射波长与很多环境污染气体的吸收波长相同。由于红外半导体激光器具有谱线窄、单频、功率大、工作可靠的优点，也为制作高质量，高水准的气体检测仪打下了坚实重要的基础。根据其对环境的抗干扰能力强，经常不需要标定，可直接安装在管道上检测等实用性的特点，被大量使用在工业生产过程中检测污染气体方面。

从光学显微镜早期在环境监测中的应用（主要在水质检测方面），到后来应用光学分析方法监测环境，直到现在人们又通过光的其他特性发明了各式各样的监测仪器，如：激光监测仪（DOAS系统），傅里叶变换红外干涉仪（FTIR监测系统）。可以说，光学测量方法是随着光学的发展而发展变化的。随着量子力学的发展，人们对光的认识不仅仅只是停留在了光谱层面上，而且也通过实验验证了人们对光的本质的假设。人们相信，现在我们所知的光学只是其冰山一角，光学测量方法也会随着光学的发展而日新月异。

参考文献：

（1）刘楚明.光学的发展史，应用与展望[J].科技创业家，2014，43（09）：700-721.

（2）水源守护者.光学显微镜在环境监测中的应用[EB/OL].（2010-7-23）[2015-4-1].http：//bbs.Instrument.com.cn/shtml/20100723/2679312/.

（3）刘允，解鑫.水体生物毒性检测技术研究进展综述[J].净水技术，2013，32（5）：5-10.

（4）李震，张金松，胡泓，宛如意.水质检测中的光学分析方法[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学深圳研究生院，2014.

（5）杨开武.气体浓度光学分析方法研究的进展[J].光谱学与光谱分析，2000，20（2）：134-135.

（6）沈继忱，王雪晴.基于图像比色法的有色溶液浓度检测方法的研究[J].光学仪器，2008，30（2）：9-12.

（7）陈国珍.荧光分析法[M].北京：科学出版社，1975（02）：236-245.

（8）李红.国外新型环境监测光学技术的发展趋势[J].现代科学仪器，2000，11（02）：356-402.

（9）耿玉珍.工业中的光学环境检测技术[J].光电子技术与信息，1995，8（03）：34-39.

（10）美国热电子公司.DOAS2000仪表说明书[Z].美国，1995.

（11）Schiff，H.I.MacKay，G.I.and Bechara.The use of tunable diode laser spectroscopy for atmospheric measurements[J].Air monitoring by spect roscopic techniques，1994，5：239 -333.

（12）Unisearch Associates Inc.Stack measurements of Hydrogen fluoride using the LASAIR instrument[R].America，1994，6：123-159.

测量学的应用篇（8）

中图分类号：G64文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）06-0269-02

1 引言

据全国大学英语四、六级考试委员会与英国文化委员会的合作研究结果认为：CET4和CET6(简称)是一项信度极高的考试，每次考试客观题的内部信度都达0.9以上;效度相当高，回收问卷中有92%的教师认为CET能反映学生的实际英语水平。笔者以为这里所指的信度和效度的界定很模糊，就某次具体的测试而言，信度和效度是受特定条件限制的，不可能是绝对的。迄今为止，我国的高考、研究生入学考试、公共英语等级考试(PET)，包括CET等大规模英语测试还是以客观性题型为主，主观题只占10%或20%左右。就评分方法而言，因客观性试题答案的唯一性，可用机器阅卷，从而保证了测试结果的客观性和一致性，无疑具有相对较高的信度，但不足之处就是效度难以保证。同时大量采用主观性、直接性试题的测试在阅卷信度上也令人怀疑。这样的困惑总是或多或少存地在于考试的开发、设计和评估过程中。

我们能否使信度和效度同时最大化呢？信度和效度又应如何整合而达到适当的(appropriate)平衡？Bachman和Palmer在其测试理论中认为可设置“可接受的最低程度”(minimumacceptablelevel)的效度或信度等质量指标从而使得语言测试的“效用性”(usefulness)原则中各特征之间达到适度平衡。由于测试总是在一定的价值判断、测试目标、社会环境等约束条件下进行的，本文尝试探索在可行性条件下，测试的总效用(overallusefulness)最大化时效度和信度之间可能存在的关系。

2 效度和信度的基本概念及特点

如果我们想阐释一次特定的考试成绩是否正确反映了学生的语言能力，那么在设计和使用测试时，信度和效度是我们首要关注的特征。Bachman把信度定义为“测试的一致性”(consistencyofmeasurement)。简言之，就是测试结果的可信度、可靠度。例如，我们可以这样来检验测试的信度：使用同样一份试卷，在两种不同的场合、环境中，在较短的时间间隔内，施与同样的学生，如果测试结果基本吻合，那么证明该测试是有信度的。一份试卷的测试结果如果缺乏信度，就没有使用价值，同时也减弱了考试的公正性。当然，要完全消除不一致性(inconsistency)也是不可能的，我们能做的是尽量把影响不一致性的不利因素控制在最低程度，以便于提高测试信度。

信度所涉及的问题是个体测试成绩在多大程度上是由测试误差或其它因素所影响的。效度所关注的问题是个体测试成绩在多大程度上和个体语言能力相关。因而，我们研究信度的目的是使测试误差造成的影响最小化，研究效度旨在使我们想要检测的语言能力的效果最大化，它们是两个相互补充的目标。一项测试若没有信度，也就无所谓效度。信度是效度的前提或必要条件。权衡信度和效度，效度是首要的。然而Underhill和Heaton指出信度和效度特征在本质上是互相冲突的。测试效度较高的试题有时测试信度较低。反之，测试信度较高的试题有时测试效度较低。Morrow也认为想把测试任务设计得既具有可信性又具有真实性不可能的。Hughes却说虽然测试的各种特征相互排斥，但是这并不意味着我们可以完全放弃这些特征。

3 对信度和效度在理论上能达到适当平衡的可行性研究

评价英语测试最重要的原则是总效用性(overallusefulness)。Bachman和Palmer(1996:18)把某一特定测试的“总效用性”看作是由六个因素构成的，即效用性(Usefulness)=信度(Reliability)+构想效度(Constructvalidity)+真实性(Authenticity)+互动性(Interactiveness)+冲击力(Impact)+适用性(Practicality)。这里需要说明的是：Bachman和Palmer之所以把“构想效度”作为“效用性”六大特征之一，是因为构想效度(上节已提到)关系到我们根据测试成绩所作的解释的意义性和适切性。前五者均与测试成绩的使用有关，而“适用性”与测试的方法有关，能够在很大程度上决定测试的可行性。评价一次考试是否有效用需要综合考察这些因素，在它们之间寻求最佳的平衡点，而这一平衡能否实现取决于适用性的大小。对于大规模考试，考试策划者需在试卷设计和考试任务设置时重点考虑信度和效度，而对于一般学校考试，教师就应多考虑考试任务的真实性、互动性和对教学的冲击力(或称后效作用)。

4 在英语测试实践中把握好信度和效度的平衡关系

以上已经大致证明：信度和效度作为评估测试质量的两个基本特性，两者虽然在一定程度上是相互矛盾的，但完全可以通过相互协调使之达到适切的平衡，以保证测试的总效用性最大化。这一结论给我们的启示是：在英语测试的设计和命题过程中，不能绝对、片面、盲目地追求或强调某一方面而以失去另一方面为代价，只有综合平衡二者的关系才能获得最大的总效用。

4.1 考试内容能否体现新的语言教学观

语言测试随着语言观的发展而发展，也随着教学理念、教学模式的更新而更新。八十年代中期开始流行的交际功能观和九十年代以后兴起的任务教学法(task-basedlanguageteachingapproach)都对语言测试的改革提出了新的要求。现行的四、六级考试题型还是以结构主义语言测试理论为基础的多选题为主，某些语言项目的测试与实际语言能力的相关性不高，很难体现当代语言教学观提倡的英语交际运用能力方面的考查。Bachman和Palmer(1996)也强调测试任务和目标语使用任务(target-languageusetask)的一致性。看来革新CET的试卷结构、题型设置是关键。为了提高考试的效度，可以通过调整主观题和客观题的比例(3:2或1:1)，多采用直接测试法，增加听力和写作测试的权重，加大口试考核力度并设最低分，变化题型等手段。也可通过采取大题量小分值，细化评分标准，综合使用整体评分法(holisticgrading)和分析评分法(analyticmarking)等措施来提高考试信度。

4.2 能否产生正面反拨效应

测试是教和学的导向。问题是如何提高测试的正面反拨效应，减少负面反拨效应。四、六级考试长期以来采用固定不变的模式，客观上造成了学生猜题、押题，教师偏向应试教学，产生了不良的教学效果。Hughes提出了若干提高正面反拨效应的建议：测试要培养能力;测试内容要覆盖面广并具有一定的不可预测性;尽量使用直接测试法；成绩测试要与教学目标相结合，使用尺度参照等。这些建议多数涉及效度，也与信度相关。信度和效度是影响反拨效应的重要因素，正确处理好两者的关系能使测试产生积极有利的反拨效应。

5 结束语

测试的最终目的是服务于教学。作为教师，重视语言测试理论的研究，掌握命题的原则，在试卷编制过程中把握好信度、效度及其它评价指标之间最佳的平衡关系，将有利于优化各类英语测试的质量，更有效地推动英语教学的发展。

参考文献

［1］AmericanPsychologicalAssociation,1985,StandardsforEducationalandPsychologicalTesting［M］,Washington,DC:AmericanPsychologicalAssociation.

测量学的应用篇（9）

关键词：英语测试；效度；信度 

1 引言

据全国大学英语四、六级考试委员会与英国文化委员会的合作研究结果认为：CET4和CET6(简称)是一项信度极高的考试，每次考试客观题的内部信度都达0.9以上;效度相当高，回收问卷中有92%的教师认为CET能反映学生的实际英语水平。笔者以为这里所指的信度和效度的界定很模糊，就某次具体的测试而言，信度和效度是受特定条件限制的，不可能是绝对的。迄今为止，我国的高考、研究生入学考试、公共英语等级考试(PET)，包括CET等大规模英语测试还是以客观性题型为主，主观题只占10%或20%左右。就评分方法而言，因客观性试题答案的唯一性，可用机器阅卷，从而保证了测试结果的客观性和一致性，无疑具有相对较高的信度，但不足之处就是效度难以保证。同时大量采用主观性、直接性试题的测试在阅卷信度上也令人怀疑。这样的困惑总是或多或少存地在于考试的开发、设计和评估过程中。

我们能否使信度和效度同时最大化呢？信度和效度又应如何整合而达到适当的(appropriate)平衡？Bachman和Palmer在其测试理论中认为可设置“可接受的最低程度”(minimumacceptablelevel)的效度或信度等质量指标从而使得语言测试的“效用性”(usefulness)原则中各特征之间达到适度平衡。由于测试总是在一定的价值判断、测试目标、社会环境等约束条件下进行的，本文尝试探索在可行性条件下，测试的总效用(overallusefulness)最大化时效度和信度之间可能存在的关系。

2 效度和信度的基本概念及特点

如果我们想阐释一次特定的考试成绩是否正确反映了学生的语言能力，那么在设计和使用测试时，信度和效度是我们首要关注的特征。Bachman把信度定义为“测试的一致性”(consistencyofmeasurement)。简言之，就是测试结果的可信度、可靠度。例如，我们可以这样来检验测试的信度：使用同样一份试卷，在两种不同的场合、环境中，在较短的时间间隔内，施与同样的学生，如果测试结果基本吻合，那么证明该测试是有信度的。一份试卷的测试结果如果缺乏信度，就没有使用价值，同时也减弱了考试的公正性。当然，要完全消除不一致性(inconsistency)也是不可能的，我们能做的是尽量把影响不一致性的不利因素控制在最低程度，以便于提高测试信度。

信度所涉及的问题是个体测试成绩在多大程度上是由测试误差或其它因素所影响的。效度所关注的问题是个体测试成绩在多大程度上和个体语言能力相关。因而，我们研究信度的目的是使测试误差造成的影响最小化，研究效度旨在使我们想要检测的语言能力的效果最大化，它们是两个相互补充的目标。一项测试若没有信度，也就无所谓效度。信度是效度的前提或必要条件。权衡信度和效度，效度是首要的。然而Underhill和Heaton指出信度和效度特征在本质上是互相冲突的。测试效度较高的试题有时测试信度较低。反之，测试信度较高的试题有时测试效度较低。Morrow也认为想把测试任务设计得既具有可信性又具有真实性不可能的。Hughes却说虽然测试的各种特征相互排斥，但是这并不意味着我们可以完全放弃这些特征。

3 对信度和效度在理论上能达到适当平衡的可行性研究

评价英语测试最重要的原则是总效用性(overallusefulness)。Bachman和Palmer(1996:18)把某一特定测试的“总效用性”看作是由六个因素构成的，即效用性(Usefulness)=信度(Reliability)+构想效度(Constructvalidity)+真实性(Authenticity)+互动性(Interactiveness)+冲击力(Impact)+适用性(Practicality)。这里需要说明的是：Bachman和Palmer之所以把“构想效度”作为“效用性”六大特征之一，是因为构想效度(上节已提到)关系到我们根据测试成绩所作的解释的意义性和适切性。前五者均与测试成绩的使用有关，而“适用性”与测试的方法有关，能够在很大程度上决定测试的可行性。评价一次考试是否有效用需要综合考察这些因素，在它们之间寻求最佳的平衡点，而这一平衡能否实现取决于适用性的大小。对于大规模考试，考试策划者需在试卷设计和考试任务设置时重点考虑信度和效度，而对于一般学校考试，教师就应多考虑考试任务的真实性、互动性和对教学的冲击力(或称后效作用)。

4 在英语测试实践中把握好信度和效度的平衡关系

以上已经大致证明：信度和效度作为评估测试质量的两个基本特性，两者虽然在一定程度上是相互矛盾的，但完全可以通过相互协调使之达到适切的平衡，以保证测试的总效用性最大化。这一结论给我们的启示是：在英语测试的设计和命题过程中，不能绝对、片面、盲目地追求或强调某一方面而以失去另一方面为代价，只有综合平衡二者的关系才能获得最大的总效用。

4.1 考试内容能否体现新的语言教学观

测量学的应用篇（10）

Case Method in the "engineering survey" course teaching

Wang xiao bin

Abstract: In this paper, "Engineering survey" courses, for example, the case method are discussed. Articles from the case base construction and engineering survey of the organization and implementation of two case study areas discussed, that the case study, the source should be the case from the engineering practice, the case should have the typical selection, targeted, comprehensive, enlightening, and difficult to fit; in the case of teaching the process of organization, attention should be paid before class to prepare students to work in the teaching process should be based on the student, while playing good teachers teaching in the case of "director" role.

Keywords:engineering survey; case; teaching

一、引言

《工程测量》是一门实践性、应用性很强的课程，课程的特点决定了《工程测量》教学的重点不在抽象的推理，而是以问题、案例和社会实习为基本取向的实践能力。学生除了应具备工程测量相关的理论知识外，更重要的是发现、分析和解决现实问题的能力。而传统教学模式在培养学生实践能力和创新精神方面明显处于劣势，灌输式教学法以教师和教材为中心，以理论讲授为主要内容，教师对学生实施单向知识灌输，形式僵化呆板，内容抽象枯燥，教学方法机械，课堂气氛沉闷，直接导致学生学习兴趣下降，理论脱离实践，很难做到学以致用。为增强学生的感性认识，加深学生对工程管理专业知识的理解和应用，有必要寻求工程测量教学的新途径。

案例法教学是一种理论联系实际，以启发式为主互动的教学过程。它要求根据教学大纲规定的教学目的和要求，以案例为基本教材，在教师的指导下，运用多种形式启发学生独立思考，对案例所提供的材料和问题进行分析研究，提出见解，作出判断和决策，籍以提高学生分析问题和解决问题能力的一种教学方法。它有着传统教学方法所不具备的特殊功能，也为解决《工程测量》课程教学中存在的问题提供了新的途径。

对《工程测量》课程进行案例教学教改研究，在《工程测量》课程的教学中合理的使用案例教学法，能够拉近教学与实际管理的距离，有助于学生对“隐性知识”的学习，能使学生如临其境，可以增强学生的感性认识，加深学生对实务工作的理解，缩短学生适应工作岗位的时间，能够系统培养学生思考问题和解决实际问题能力，对于促进高校教学水平的提升并培育适合市场需求的高素质人才具有重要意义。

二、工程测量案例库建设

对《工程测量》课程进行案例教学，首先应建立与教学内容匹配的案例库。案例库的建设是案例教学成功的关键，建设时应注意如下问题。

1、案例的来源应尽量出自工程实践，能够正确反映实践所需技能。《工程测量》是一门实践性很强的课程，课程学习的目的是使学生掌握工程测量的原理、方法，将来能够独立完成工程建设中遇到的测量工作。选择工程实践中的实际案例，可以缩短理论学习与实际操作之间的距离，更好的锻炼学生的实践能力，为将来的工作打下牢固的基础。

2、选择的案例应具有典型性。案例选择时，应根据《工程测量》课程的知识体系分门别类的选择具有代表性的工程实例，并根据工程中的实际操作过程构造案例的内容，使学生通过对典型案例的学习，掌握分析和评价一般案例的能力。

3、选择的案例应具有针对性。《工程测量》教学案例应针对具体的培养目标设置，围绕教学大纲中要求学生应掌握的知识技能来组织，激发学生的学习兴趣，通过案例教学使学生对所学内容做深入细致的研究和分析，从而加强对重点问题和难点问题的认识，提高学生发现、分析和解决问题的能力。

4、选择的案例应具有综合性。案例要具有多个分析纬度，尽可能涉及水准测量、角度测量和距离测量等多方面的内容，注意将不同的测量方法和检核方法融入其中。案例的综合性越强就越容易引发学生对不同解决问题方法的思考，有助于培养学生发散思维和从多角度思考问题的能力。

5、教学选用的案例难度要适宜，不能太难，也不宜太容易[1]。《工程测量》课程一般安排在大二或大三上学期学习，此时的学生专业知识面比较窄且没有实际经验，如果选择的案例难度太大，学生往往感觉无从下手，只能消极的等待课堂灌输；反之，如果选择的案例太容易，结果学生一猜便知，同样也会丧失学习的兴趣。

6、案例应能启发学生对相关知识的思考，具有一定的启发性。在选择案例时，应使案例在反映实际应用的基础上具有启发性，能启发学生对案例问题做深入思考，给学生留出足够的思维空间。使学生通过《工程测量》课程案例的学习，不仅系统地学习到工程测量的知识，还能对相关的一些课程知识进行深刻的思考学习。

三、案例教学的组织实施

建立有效适用的案例库仅是案例教学的第一步，要想让案例教学法在《工程测量》的课程中有效的发挥作用，还应注重案例教学过程的组织与实施。

1、注重学生的课前准备工作

将案例教学法引入《工程测量》课程的教学改变了以往课堂上以教师为主的教学模式，更多地强调学生的参与性和积极性。为了使学生在案例实施中更好的发挥作用，应重视案例教学实施前学生的准备工作。具体可以从两个方面去做。一是提前布置案例任务，让学生在案例实施前熟悉案例内容，查阅案例相关资料，这样案例教学时，学生不必再花时间去看案例，而且学生对案例内容已提前熟悉，查阅并掌握了案例相关的知识，能够带着问题上课，实现由被动向主动角色的转变[2]。在布置案例任务时，要注意提供给学生的案例材料的选择，尽量将案例结论部分隐去，因为案例教学的目的重在强调学生的主动性、参与性，案例本身可能并无绝对正确的答案，将案例结论隐去，可以避免案例结论对学生思维的导向作用，能够使学生更好的分析讨论，得出自己的结论，从而给学生开辟了一个广阔的思维空间，有助于培养学生的思维创造能力。二是可以在案例实施前，带领学生参观正在施工中的工地，让学生对将要实施的案例有一个感性认识。工程测量是一门实践性极强的课程，也是工程技术人员工作中的一项重要工作，带领学生参观工地，让学生亲眼目睹工程施工中测量工作的实施过程，可以加深学生对将要实施的案例环境和具体操作的理解，不仅有利于学生更好地解决案例任务，而且有助于培养学生解决实际问题能力。

2、教学过程以学生为主体

传统的教学方法多以教师为课堂主体，教师在任何教学环节中都同时担任着导演和演员的双重角色，学生一般都处于被动地位，不能随便发表自己的见解，很难很好地发挥学生主动学习的精神。在案例教学实施中，必须牢固树立学生在教学过程中的主体地位，学生应对案例问题自由思考和讨论，充分发挥自己的水平，不受任何干扰地拿出自己的观点和方案。

3、发挥好教师在案例教学中的“导演”作用

在传统的教学方法中，教师的角色是讲解员，主要任务是将正确的知识教给学生，强调的是传授过程[3]。而案例教学法往往不给学生下定结论，不让学生寻求唯一的正确答案，重视的是学生通过资料查阅、思考、辩论，解决问题的能力，教师在学生的思考讨论过程中可以对学生思考过程中的一些问题进行适当点拨。因此，案例教学法中教师的角色是导演者，为更好地实现案例教学的目的，案例教学中在树立学生主体地位的同时，应强调教师的“导演”作用，教师应积极引导学生发言或讨论，有效把握课堂讨论的气氛，防止讨论过于激烈或过于冷淡，以便案例教学取得良好的效果。

四、 结语

综上所述，在《工程测量》课程中采用案例法教学，不仅可以缩短理论学习与实际操作之间的距离，激发学生对课程的学习兴趣，从而提高教学效率；还可以提高学生综合运用知识的能力和水平，提高学生的创新能力和将来的工作能力。

参考文献

1、王浩.工程造价管理案例法教学对策[J].四川教育学院学报,2009,25(1):11-12.