序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇三維目標論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

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比如中職院校課程設置不合理，大多數院校對專業課程的設置比較重視，對其他課程，如人文社會課程、綜合實踐課程等方面的投入較少，導致學生的發展不均衡；教育教學管理目標的設置不合理，使得教育教學的目標導向性較差；在教學過程中與其他院校以及企業之間的合作較少，很多教師沒有實踐的機會，最終成為理論型教師，在教學過程中仍然以理論教育為主，違背了職業教育的宗旨，不利于學生的實踐能力的提升。這些都是當前中職教育教學過程中存在的實際問題，加強中職教育過程中的教育教學管理，需要加強教育教學管理目標的設計，踐行先進的教育理念，將理論教育與實踐教育進行有機結合，從而促進高等職業院校教育教學水平不斷提升。

2中職教學管理三維目標的設計與實施

2.1中職教學管理三維目標的設計

中職院校在教育過程中設置合理的三維目標，對于教育教學質量的提升具有十分重要的意義，在進行目標設計時，應該要根據三個方面的基礎要素進行具體的設計，一般說來要根據中職院校人才培養目標、學校管理的總目標以及學校發展的現狀為基礎進行專業的目標設計。學校管理的總目標對教學管理目標的設計是一個整體的導向，加強學校管理總目標的合理制定，也是制定教學管理目標的前提和基礎。而人才培養目標的設計則對教學管理三維目標的確定有更加詳細的指導作用。在制定教學三維管理目標的過程中，需要對中職院校的實際情況進行詳細的了解，根據學校的實際情況制定相應的管理目標，有更強的針對性。

2.2中職教學管理三維目標的實施途徑

2.2.1加強課程設置的改革在課程的設置方面，應該要根據當前時代對人才的需求進行全新的構建，當前很多中職院校在教學過程中，由于具體的管理目標的設置出現了偏差，因此導致教學課程的設置上也出現了缺陷。加強中職院校管理三維目標的落實，需要提高學生的綜合實踐能力，比如學生的專業技能、人文精神面貌、科學知識等，都是學生在學習過程中應該要掌握的技能。對此，要對當前教育過程中的課程進行重新設置，加強人文課程、科學技術課程、專業課程、實踐課程等方面的結合，使得學生掌握更多的技能。比如在人文社會課程的設置方面，可以加強語言課、思想政治課、體育美育課等方面的設置，使得學生可以不斷提高自己的語言能力，可以在日后的工作中奠定堅實的語言基礎。在專業技術課程的設置方面，應該要體現中職院校的辦學特色，對學生進行專業技術能力的培訓，尤其是一些動手操作技能的培訓，更是學生在學習過程中必須要掌握的內容。專業技術課程的建設應該要充分利用校園和企業之間的合作，利用各種資源加強專業課程的實踐教育，根據崗位的素質要求對學生的專業能力進行培訓。最后加強綜合實訓課程的設置，是實現中職院校教學管理目標的重要步驟，由于中職院校教育的根本目的就是要提高學生的綜合實踐能力，因此在教學過程中要加強實訓課程的設置，將學科內或學科間相近的幾門課程相互交叉整合在一起而形成的綜合新型課程，實現對學生的綜合能力素養的全面培養，最終實現中職院校教學管理的三維目標。2.2.2加強教學評價的改革中職教育過程中，考核評價是一個十分重要的方面，科學的考核評價體系可以積極發現教育過程中的諸多問題，并且采取相應的措施進行解決，以提高職業教育質量。在當前的中職教育過程中應該要加強教學評價手段和方式的改革，利用一些全新的理念，對教學的目標的實現結果進行全新的評價和考核，使得教師能夠及時掌握教學目標的實施狀況，對當前的教學管理模式進行詳細的了解，從而采取相應的措施進行教學手段的變革，最終促進教學效率的提升，同時促進教學目標的落實。在改革評價體系的過程中，可以借鑒國外職業教育的一些先進經驗，在考核內容方面，要實現多元化，對考核的內容進行改革，強化對過程的考核，考核的內容不僅要涉及到學生所學的各種理論知識，更應該要注重對實踐過程的考察。與此同時，還可以加強中職院校與企業之間的結合，構建企業本位技能考核評價體系，對教學管理目標的實施狀況進行科學的評價。2.2.3加強教學資源的整合在教學過程中由于各種資源的整合力度不夠，因此導致教學效率不高，為了提高教學過程中的三維管理目標的落實，需要對中職院校教育過程中的各種資源進行有效的整合，比如對教師資源、多媒體資源、教材資源等都進行相應的整合與管理，最終可以促進教學過程中各種實際問題的解決效率不斷提升，積極落實三維管理目標。

3結語

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【關鍵詞】莫比烏斯圈；主體坐標系；從屬坐標系；雙重三維坐標；非三維物體；合成運動

一、關于莫比烏斯圈

1莫比烏斯圈的形成

莫比烏斯圈是由［德國］數學家莫比烏斯先生在150年前公布于世的.

隨后，科學家就把莫比烏斯圈定位在數學領域的拓撲學分支里，其數學定義：單側的、閉路的、反轉定向的曲面.這樣的莫比烏斯圈最終只剩下一個“表面”和一條“邊緣”了.（見圖1下部和圖2）

2莫比烏斯圈與普通環圈不同

經過觀察不難發現：普通環圈和莫比烏斯圈除了在制作方法和制作過程上完全不同以外，還表現在――如果在普通環圈和莫比烏斯圈的表面劃線并沿線進行裁剪，其裁剪結果竟會完全不同.

當對普通環圈的表面劃線并沿線裁剪時，能得到也只能得到――若干個與原圈等周長的“窄”普通環圈，而不會得到其他種類的環圈.

當對莫比烏斯圈的表面劃線并沿線裁剪時，其裁剪結果卻有兩種：

（1）在莫比烏斯圈表面劃一條中線并沿線將該圈剪開，會得到一個比原圈周長長一倍、比原圈寬度窄一半的普通環圈（見圖3）.

（2）在莫比烏斯圈表面劃2條平均分布的等距離線條并沿線條將該圈剪開，則不僅能得到一個比原圈周長長一倍、比原圈寬度窄23的普通環圈，同時還能在其中心部位再得到一個單獨的、比原圈寬度窄23，且周長與原圈等長的“窄”莫比烏斯圈（見圖4）.

（以上關于莫比烏斯圈的裁剪結果已經成為所有中外數學書籍里，對莫比烏斯圈進行介紹的一部分）唯此，從莫比烏斯圈和普通環圈的制作方法與裁剪結果的不同可以說明，它們并不是同類物體！

二、莫比烏斯圈不是三維物體

為了證明普通環圈與莫比烏斯圈不是同類物體，下面通過兩種不同的制作和生成該兩種環圈的方法來比較并進一步證明.

1第一種制作和生成方法

制作普通環圈的方法如前文（1以及圖1）中描述的步驟進行.

而制作和生成莫比烏斯圈則需要通過兩個相互關聯的三維坐標系統（下文稱雙重三維坐標體系）來共同完成的.

首先，看第一個三維坐標系（xOy）（下文稱主導三維坐標系）（見圖5）.其原點位置為O，該主導三維坐標系x-y平面上有一個以O為圓心的“正圓”.該“正圓”就是莫比烏斯圈表面中心位置的基本軌跡線.

其次，看第二個三維坐標系（x′O′y′）（下稱從屬三維坐標系）（見圖6）.該從屬三維坐標系的原點位置為O′，處在主導三維坐標系內的“正圓”與x軸的交點上，從屬三維坐標系內x′―y′平面上的設定目標可以繞O′進行有規則運動.但該設定目標的有規則運動必須按照主導、從屬兩個三維坐標系之間相互依存，對應旋轉、位移、扭轉的特殊函數關系進行.

必須明確的是：主導和從屬三維坐標系在立體空間具體的相對位置關系上是相互平行或垂直的（見圖5，6），其中（xOy）的三個參數（xn，yn，zn）為自變量，（x′O′y′）的三個參數（x′n，y′n，z′n）為因變量，且主體和從屬三維坐標系之間應服從（x′，y′）=F（x，y）的對應關系.

這就建立了具有相互依存關系的雙重三維坐標系統.在該系統里，整個從屬三維坐標系是主導三維坐標系里的一個整體運動單元，隨主體三維坐標系做有規律的運動――公轉；而從屬三維坐標系里運動單元自身的運動，則與主導運動有著嚴格的對應受控運動關系――自轉.因此，處在該系統內設定目標的最終運動形式為合成運動.（既有公轉，又有自轉）

圖7是從屬三維坐標系整體在（xOy）x―y平面上，沿“正圓”軌跡移動的示意圖.（圖中未畫出0°~45°等處對應圖形）

在圖8里有一個左邊帶小圓圈的“”形符號，該符號中的豎直線是一條起始于O′點，且垂直于x′軸，同時，它又是一條既平行于（xOy）z軸，也平行于（x′O′y′）y′軸的直線.另外，該符號中左邊帶小圓圈的橫線是一條既平行于（xOy）x軸，也平行于（x′O′y′）x′軸，且屬于該x′軸的一條直線，并且該直線的中點過（x′O′y′）原點坐標O′，且垂直y′軸的直線.

下面就以圖8中“”形符號作為基本單元來描述生成莫比烏斯圈的過程：當從屬三維坐標系整體在（xOy）x―y平面內繞O旋轉2°（或1°）的同時，（x′O′y′）內x′―y′平面上過O′的直線也對應旋轉1°（或0.5°）.當從屬三維坐標系整體沿（xOy）x―y平面上的基圓旋轉、位移一周（360°）回到起始點O時，左邊帶小圓圈的“”形符號也在x′―y′平面上繞O′旋轉半周（180°）回到起始位置O′，此時該符號卻正好被顛倒過來（見圖8）.如果將雙重三維坐標體系中被逐漸位移、旋轉的“”形符號的空間中各點依次順序連接起來，就可以生成標準的莫比烏斯圈.（用“”形符號的目的是使讀者易于觀察）

由此看出：生成莫比烏斯圈必須由相互依存的雙重三維坐標體系共同完成，單獨的三維坐標系無法生成莫比烏斯圈.（理由一）

2第二種制作和生成方法

制作和生成普通環圈可以用下面的方式：先在主導三維坐標系的x―y平面內生成以原點O為圓心的“正圓”，然后在z軸的“正、負”方向上對“正圓”進行拉伸，就可以制作和生成普通環圈（見圖9）.

制作和生成莫比烏斯圈可以這樣完成：以x軸和“正圓”的交點為（x′O′y′）的原點O′，將已生成的外表面是藍顏色的、內表面是紅顏色的普通環圈剪開.

在（x′O′y′）的x′―y′平面內，以原點O′為扭轉中心，對普通環圈的一個端頭進行有規律的對應扭轉，其對應扭轉規律為：（x′O′y′）沿（xOy）在X―Y平面內連續旋轉的同時，將（x′O′y′）內x′―y′平面上的普通環圈肌體的對應段進行對應扭轉；當（x′O′y′）整體沿（xOy）基圓在x―y平面上旋轉、位移一周（360°）回到起始點O時，普通環圈的肌體也在x′―y′平面上繞O′扭轉半周（180°）回到起始位置O′，該環圈的肌體表面正好被翻轉過來，也就生成了莫比烏斯圈.（圖10是電腦用此法生成的莫比烏斯圈）

從圖10中可以看到：設定目標的運動結果是由雙重三維坐標體系中各坐標軸參數之間相互影響、連續變化的結果.正是這個相互影響和連續變化，才使得莫比烏斯圈的肌體上根本無法找到二維、三維線段或曲線.唯此足可以證明：莫比烏斯圈不是三維物體！（理由二）

三、莫比烏斯圈是“非三維”產物

下面用圖5，6，7，8，9，10來進一步證明莫比烏斯圈不是三維產物.

（1）在圖5的雙重三維坐標體系中（xOy）的三個平面與（x′O′y′）的三個平面之間有著一一對應的關系.

（2）當圖6里（x′O′y′）的x′―y′平面上y′軸的數值發生變化時，必然會影響并導致（xOy）的x―z平面上z軸的數值產生變化（其余軸類推），最終導致整個雙重三維坐標體系內所有數軸上的數值發生變化.

（3）當圖7中（xOy）的x―y平面上，以原點O為圓心旋轉，則（x′O′y′）里z′軸上的數值就會發生變化，這就必然導致（xOy）里各個數軸上的各數值直接或間接參與了、或發生了變化！

（4）當圖8中的“”形符號整體沿x―y平面上繞O旋轉360°的同時，還在x′―y′平面內繞O′對應扭轉180°，如果連接該符號在空間相互對應的各個點，就會產生一種空間弧線.（該空間弧線不能產生于單獨的三維坐標體系.因為在單獨的三維坐標體系產生的空間弧線一定是某種對稱旋轉體表面的對稱母線，而該空間弧線則需經受六個維度上的扭曲變形.）（理由三）

（5）這里假設圖9所生成的普通環圈外表面是藍顏色的，內表面是紅顏色的.按照圖10的方式對其進行剪斷（假設剪斷處位于從屬三維坐標系的原點O′），將該環圈的各對應部分在雙重三維坐標系統內進行有規律的繞O旋轉360°和繞O′扭轉180°，并最終回到O′.此時，該普通環圈已經被變化成莫比烏斯圈.唯此可以證明：“非三維”物體可以由三維物體演變而來，條件是雙重三維坐標系統內各個維度上的具體參數必須全部相互影響并參與變化.這是任何一個三維物體所無法具備的.（理由四）

由于莫比烏斯圈是在雙重坐標體系內生成的，當在三維環境里對莫比烏斯圈進行裁剪時，其被裁剪下來的部分就解除了該坐標體系對它的“非三維”約束，其表現為被裁剪下來的是“窄”普通環圈；而剩余部分仍保留原“非三維”物體的基本形態，其表現為“窄”莫比烏斯圈.或者說：在莫比烏斯圈的肌體內將同時存在兩種狀態――普通環圈（三維狀態）和莫比烏斯圈（“非三維”狀態），這種狀態會永久存在，且無法用人為干預的方式將其改變！（相關內容請查閱論文《莫比烏斯圈的反常現象》）（理由五）

最后引述數學泰斗談祥柏先生的判斷來證明莫比烏斯圈不是三維物體.談老曾在《數學廣角鏡》P118中明確指出：在現實世界中克萊因瓶是無法被制造出來的！（其實該論點的本質是：克萊因瓶不是三維物體）數學家已證明：每個克萊因瓶是由兩個莫比烏斯圈組合而成的.而莫比烏斯圈通體圓潤，渾身都是空間曲線，沒有一條二維直線、曲線以及三維直線、曲線.因此，莫比烏斯圈不是三維物體，而是“非三維”物體！（理由六）

四、結論

莫比烏斯圈不是三維物體，而是人類沒有完全認知的“非三維”物體！

五、莫比烏斯圈里仍有未解之謎

是的，莫比烏斯圈里仍然存有許多鮮為人知的奧秘，莫比烏斯圈、莫比烏斯現象及其莫比烏斯原理也沒有得到學術界的認可，但并不影響我發表一孔之見，我將在專題論文《莫比烏斯圈的反常現象》和《重新認識莫比烏斯圈》里進一步闡述和探討莫比烏斯圈的相關問題.

當然，提交本文的真實目的是渴望能得到您對莫比烏斯圈、現象和原理作出更權威的準確詮釋和更睿智的思想升華！

【參考文獻】

［1］［德］莫比烏斯（1790―1868），數學家、天文學家，1858年公布莫比烏斯圈.

［2］［蘇聯］伏?巴爾佳斯基.拓撲學奇趣.長沙：湖南教育出版社，1999：43.

［3］華應龍.神奇的莫比烏斯帶.北京第二實驗小學精品課程，2005（1）：11-15.

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關鍵詞：空載激光掃描測量；發展現狀；河道測量；應用

中圖分類號：TV85文獻標識碼：A 文章編號：

1激光掃描測量技術簡介

LIDAR是LIGHT DETECTION AND RANGING的首字母組合，即激光探測及測距系統，它是采用單個激光脈沖量測從激光源到目標，再回到激光接收器的時間，同時結合飛機上傳感器定位、定向數據，精確量測出被測物體（目標）的三維坐標。

LIDAR數據采集系統由安裝于同一個飛行器上的以下幾個部分組成：

1）機載GPS，為飛機提供精確的三維坐標。

2） 慣性測量系統，為激光束提供準確方向。

3） 激光發射、接收裝置。

4） 反射鏡，用于將發射的激光束反射到地面。

LIDAR數據采集系統收集到的點云數據，經過誤差改正、求參數等，處理后可以得到高精度的數字高程模型、三維模型。采集流程如圖1.

2 激光掃描測量技術發展現狀

隨著LiDAR硬件設備的提高，DGPS高精度差分系統、高精度三維姿態感應等技術的發展，LiDAR的產品體積、重量都在不斷減小，工作成本也繼續下降，使得此項技術真正步入實用階段。經過數多年的研究發展，LiDAR的測量精度也達到了一個相當高的水平，其水平測量精度達到15cm，垂直精度達到10cm。現在全世界范圍，已經有三十多種系列產品投入使用。

2l世紀是3s技術時代，國家大力投入、發展“數字海洋”、“數字地球”、”數字城市”，同時也對測繪工作提出了更高的要求。而激光掃描測量技術，更具有高效率、高精度、全時空測量的特點。

目前，激光測量做為一門新興技術在測量行業正逐漸被廣泛應用。與傳統的三維空間信息采集手段相比，LiDAR技術除了較高的精度之外，它還不受天氣，太陽光照射的影響，所采集到的數據，可以很輕松的進行分類提取，等等這些都是普通航測無可比擬的。因此，利用LiDAR系統，快速獲取大面積三維地物和地形數據，繼而生成數字高程地形模型已經成為應用廣泛的測量手段。

3在河道測量方面的應用

由于激光掃描測量技術可以在大的測量區域提供高密度、高精度的測量數據且能夠識別重要地物，使得它在河道測量中得到廣泛應用。

河道地形測量，長期以來由于江河兩岸地形復雜，條件艱苦，現有的陸地、船載測量儀器難以有效使用，特別是在植被茂盛的山區，GPS接收機衛星信號差，無線電傳輸距離有限，使得現在的GPS-RTK難以得到固定解，測量技術效率不高，若采用全站儀，通視情況又不佳，勞動強度大，危險性高，工作效率、測量精度也難以保障，迫切需要新的測量手段和技術設備來改變這一現狀。

激光掃描測量技術能夠獲得高精度、高密度的高程數據，在高精度的可連續運行參考站技術和三維姿態技術的支持下，無需大量地面控制點，就可生成高精度的數字高程模型（DEM）和DTM。

水深測量部分，在激光測量技術之前，船載聲波測深系統是最為有效和常用的手段。LiDAR水深測量系統，依靠藍綠激光發射和接受設備，可以分別獲得水面和水底的高程數據。 與傳統的船載聲波測深系統相比，LiDAR測深系統具有很多的優勢：首先，它不受淺水區域和陸地的影響；測深精度和幾何分辨率高，由于激光脈沖可以壓縮到很窄的時間寬度內，向水中以納秒級脈寬發射，因此測深點密度高，精度高，水下地形圖質量好；而且節約時間，它可以快速的對大面積水域進行測量。對于一些山區性河流，船只無法航行的水域，LiDAR測深技術將提供高效的服務。研究人員指出，LiDAR測深技術是一種極具誘惑力的測深技術，必將開創一個嶄新的局面。

4建議

激光測量系統的研究在我國引來了眾多學者的重點關注，相信不久的將來，現在已經很成熟的硬件設備還會得到進一步發展，LiDAR系統數據后處理軟件的研發將是又一個關鍵。隨著技術的進一步發展，將越來越多的應用到測量行業中。我們應該時刻關注此項技術的新發展，積極主動的學習，勇敢的創新，為推動河道測量事業的新發展做出應有貢獻。

5參考文獻：

[1] 肖雁峰機載激光雷達技術(LiDAR)在航測中的應用實踐 2010

[2]李樹楷.劉彤.尤紅建機載三維成像系統[期刊論文]-地球信息科學2000(1)

[3]王健. 移動激光掃描數據處理與應用研究2006

[4]劉經南.張小紅激光掃描測高技術的發展與現狀[期刊論文]-武漢大學學報(信息科學版)2003(2)

[5] 丁繼勝等 激光掃描測量技術在海洋測量領域中的應用及技術發展趨 2007 海岸工程

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〔中圖分類號〕 G633.2 〔文獻標識碼〕 A

〔文章編號〕 1004―0463（2014）17―0083―01

新一輪《普通高中思想政治課程標準（實驗）》確定了“三個維度”的教學目標，即知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀。三維目標是本次新課改的靈魂與核心，但在具體的教學實踐中還有較大的困難。經過三年的教學實踐，筆者認為，要有效整合思想政治教學中的三維目標，需掌握三個具體策略。

一、創設情境整合策略

創設情境整合策略就是指教師針對政治課的學習內容，通過創設問題情境激起學生探究的興趣，引導學生進行方案設計、收集證據、分析證據、得出初步結論，再經過討論交流，教師價值澄清，最后得出結論，使學生在探究、體驗的活動過程中達到三維目標的有效整合的教學策略。下面以經濟生活中的“價格變動對生產經營的影響”為例。

1.創設情境，提出焦點問題。“讓利銷售”、“降價促銷”、“吐血大甩賣”這類從廠家和商家口中喊出的字眼，其背后實質是一場無硝煙的價格戰，作為消費者的我們非常熟悉。假如你是企業的負責人，你應怎么看待與應對價格戰？在設計這一環節時，教師需注意探究的問題要源于現實生活的真實環境，要符合學生的認知結構和水平，要能激起學生的好奇心與探究欲望。

2.圍繞焦點問題，開展探究活動。教師引導學生把各自的探究結果進行相互討論、交流，形成初步結論，即價格變化會促進企業調節生產、促使企業改進技術、改善管理、提高勞動生產率，促使企業生產適銷對路的高質量產品。在這一環節中，關鍵要鼓勵學生能進行獨立思考、要有創新思維，在探討中拓展思路，完善觀點。教師要當好顧問與參謀，成為學生學習的指導者與促進者。

3.教師價值澄清，并達成目標。價格變化不僅有上述三方面作用，其實價格變化還會促使企業優勝劣汰，實現資源優化配置。同時教師還要引導學生明白應該樹立競爭意識、科技意識、效率意識、企業家意識等。在這一環節中，教師要對學生的探究性結果進行總結性、指導性評價，對討論的問題進行點評、加以補充，拓展學生的思路，讓他們樹立正確的情感態度與價值觀。

二、合作探究整合策略

合作探究整合策略是指在明確學習主題的前提下，教師指導學生在課前進行閱讀教材、收集相關材料、撰寫小論文、撰寫演講稿等；課中小組進行合作討論、交流反饋，然后教師再進行點撥、評價而達成三維目標的一種教學策略。這就要求教師在思想政治課教學過程中要重視學生的自主發現與意義重建，要提倡自主、親歷、合作與分享等的學習方式，以達成三維目標的有效整合。以經濟生活中“樹立正確的消費觀――做理智的消費者”這一教學內容為例：教師可以確定“如何做一個理智的消費者”這一主題，在課前布置學生閱讀相關材料并撰寫講稿，這些材料可通過查閱報紙、書籍、上網、問卷調查等方法收集；課中，把學生分四組討論，讓他們進行質疑、交流、反饋，然后在教師的點撥下綜合與完善講稿，并推薦一位代表上臺演講；之后，教師依次分析若干值得倡導的消費原則；最后，教師做出評價，組織檢測，并虛擬條件，讓學生制定一份消費計劃，引導學生樹立正確的消費觀，以達成三維目標。

三、引導分析整合策略

引導分析整合策略就是指教師通過設置先行組織者呈現學習材料，引導學生進行分析、討論，然后造成價值沖突進而達成三維目標的一種教學策略。此策略的目的就是要在學生的新知識與原有的認知結構中建立起有意義的、實質性的聯系，從而讓學生理解新知識的意義。而實現有意義的政治學習，教師可以給學生推薦相關的引導性材料，以幫助學生在分析、比較、歸納、推理等思維過程中建立起新、舊政治知識之間的聯系，促進學生對新知識本質與規律的認識，進而達成三維目標的整合。下面以經濟生活中“我國的經濟制度――以公有制為主，多種所有制并存與共同發展的必要性”為例。

1.設置先行組織者。教師引導學生回憶初三學過的知識，即生產力的含義與內容、生產關系的內容、生產力與生產關系之間的關系等。

2.呈現學習材料。教師通過投影展示學習的目的，即以公有制為主體，多種經濟成分并存與共同發展的原因。

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[關鍵詞] 三維激光掃描 測量誤差 精度

[Abstract] This article first introduces the measurement principle of the 3D laser scanning. After considered the effects in the ways of instrument，reflector and scanning environment，making a accuracy analysis of it.

[Key words] 3D laser scanner surveying error accuracy

0.引言

三維激光掃描技術是繼GPS空間定位技術后的又一項測繪技術革新，將使測繪數據的獲取方法、服務能力與水平、數據處理方法等進入新的發展階段[1]。傳統的大地測量方法，如三角測量方法，GPS測量都是基于點的測量，而三維激光掃描是基于面的數據采集方式。三維激光掃描獲得的原始數據為點云數據。點云數據是一切后續工作的基礎，在數據采集過程中不可避免地會帶有誤差，為了提高點云數據質量，需要對誤差來源進行詳細的分析。1997年wallace等人研究了三角激光掃描儀的深度圖像測量原理，并通過實驗驗證了掃描物體的移動能導致深度圖像測量的系統性誤差[2]。2000年吳劍鋒等人詳細分析了激光三角法測距的誤差[3]。

1.地面型三維激光掃描系統工作原理

對地面三維激光掃描儀來說，采用的是儀器坐標系統，即所采集到的物體表面點的空間信息是以其自身的坐標系統為準的。系統以激光束發射處為坐標原點；Z軸位于儀器的豎向掃描面內，向上為正；X軸位于儀器的橫向掃描面內；Y軸位于儀器的橫向掃描面內且與X軸垂直，如圖1-1，由此可得點坐標的計算公式：

2.點云數據的誤差來源及分析

三維激光測量誤差可分為：儀器誤差、與目標物體反射面有關的誤差和外界環境條件影響這三類。由（1）式可知，儀器誤差源于儀器本身的性能缺陷，包括激光測距的誤差（S的誤差）、掃描角度測量的誤差（誤差）；與目標物體反射面有關的誤差主要是表面粗糙度的影響；外界環境條件主要包括溫度、風、氣壓等因素。在一般地面三維激光掃描作業環境下，我們認為地面三維激光掃描獲取的點云數據的誤差主要是由掃描儀自身的誤差引起的[4],所以我們有必要弄清楚誤差的來源。

2.1儀器誤差

2.1.1激光測距誤差

激光測距在信號處理各個環節都會帶來一定的誤差[2]。現在激光測距的原理有兩種，脈沖式和相位式。脈沖測距產生的誤差主要是計時誤差，相位法測距產生的誤差主要是調制光的頻率誤差。在儀器使用過程中，由于電子元件的老化等原因，實際的調制頻率與設計的標準頻率會產生微小的差別，該影響與所測距離長度成正比，稱之為“比例誤差”；另外，由于測距系統距離起算中心與其安置中心不一致等原因，使得實測距離與實際距離有一個固定的差數，稱之為“固定誤差”。對于“固定誤差”和“比例誤差”，可以通過儀器檢定來確定，從而可確定激光測距誤差。

記固定誤差為，比例誤差為，則測距長度為的測距誤差為:

2.1.2掃描角的影響

掃描角的影響包括水平掃描角度和豎直掃描角度測量的影響。掃描角度引起的誤差是掃描鏡的鏡面平面角誤差、掃描鏡轉動的微小震動、掃描電機的非均勻轉動控制誤差等因素的綜合影響。

測角誤差對測設點位的影響公式為：

對于三維激光掃描儀則有:

式中為測距，單位為，，為激光對同一點掃描的次數。

2.1.3激光光速發散的影響

在實際應用中，多數掃描儀系統都是采用基于激光脈沖的時間測量來進行距離量測的。由于激光束的發散特性，使得激光束到達實體表面的光斑大小影響著回射點云的分辨率和定位的不確定性[5]。假設發射激光束成圓形發散，最終到實體表面的光斑用表示，有下式成立：

式中是與激光光束發射位置有關的距離參數。一般而言，光斑的大小是隨著掃描距離增加而線性增大的。發散的光斑大小可以由一個掃描距離的線性方程來表示。許多儀器廠家都標定了各自系統的光斑發散值的大小，如Trimble GX200的光斑大小為3mm/50m，萊卡HDS3000為6mm/50m。

地面三維激光掃描儀的距離測量是沿著發射光束的中心線測定的。由于激光光束的發散使得真正的點位難以預測[6]。同樣由于實體掃描在之前，實體的位置和形狀也是未知的。故需要一個可靠的模型來量化光束的不確定性水平。設激光束的直徑為，角度定位變化是。由密度公式推出來的光束寬度的不確定性表達如下式:

根據密度方程的等方性和在任意維數的均值都為0的特性，由經驗判斷有，激光束的位置不確定性約等于1/4的發散光斑直徑。如式:

假設角度采樣間隔在和方向上是相等的。那么推導得到定位中心和實際目標中心一致的可能性與采樣的間隔是有直接關系的，由密度公式:

給出中心點定位的標準偏移如下:

2.2與目標物體反射面有關的誤差

掃描得到的點云的精度與物體表面的粗糙程度密切相關。三維激光回波信號的多值性[7]，使得不同的三維激光掃描系統處理的回波信號不同。以處理首次回波信號為例，目標物體表面粗糙程度引起激光腳點位置的偏差 接近于物體表面粗糙極值的一半。

2.3外界環境條件的影響

外界環境對一切測量儀器都會產生不同程度的影響，熱脹冷縮會使儀器結構產生細微的變化，較大的風力會使儀器顫動影響掃描質量。較差的外界環境條件對掃描數據質量的影響較大。

地面三維激光掃描儀的觀測精度與掃描距離及掃描的精細程度有關，針對Trimble GX200三維激光掃描儀，經過實驗研究發現測量主要誤差來源于測距誤差和掃描角誤差。在掃描距離為50m時的測距精度為1~2mm，單點定位精度為6mm。

3.結束語

三維激光掃描儀目前廣泛應用于各個領域，是研究的熱點。本文主要研究了三維激光測量誤差來源――儀器誤差、與目標物體反射面有關的誤差和外界條件影響。通過實驗得知了儀器Trimble GX200的測距精度和掃描精度。

參考文獻：

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[6] 楊偉,劉春,劉大杰.激光掃描數據三維坐標轉換的精度分析[J].工程勘察,2004.

[7] 王俊杰.三維激光掃描數據采集誤差來源及精度分析[J].科研探索與知識創新.2011，5,97-98.

篇(6)

[關鍵字]三維激光掃描儀 點云數據 三維立體模型

[中圖分類號] O348.11 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-5-322-1

0前言

傳統的大地測量方法，如三角測量方法，GPS測量都是基于點的測量，相對于傳統的測量技術，三維激光掃描儀技術在獲取空間數據信息時能以點云的方式獲取幾乎整個觀測目標的三維坐標，具有實時性、主動性、適應性好等特點。目前該技術應用的領域包括快速建立局部城市三維模型、古建筑測量與文物保護、逆向工程應用、復雜建筑物施工、地質研究、建筑物形變監測等。

對空間信息進行可視化表達，即進行三維建模，通常有兩類方法：基于圖像的方法和基于幾何的方法。基于圖像的方法是通過照片或圖片來建立模型，其數據來源是數碼相機。而基于幾何的方法是利用三維激光掃描儀獲取深度數據來建立三維模型，這種方法含有被測場景比較精確的幾何信息。

1測量原理及其關鍵模型分析

三維激光掃描儀的主要構造是由一臺高速精確的激光測距儀，配上一組可以引導激光并以均勻角速度掃描的反射棱鏡，如圖1所示。激光測距儀主動發射激光，同時接受由自然物表面反射的信號從而可以進行測距，針對每一個掃描點可測得測站至掃描點的斜距，再配合掃描的水平和垂直方向角，可以得到每一掃描點與測站的空間相對坐標。

三維激光掃描儀發射器發出一個激光脈沖信號，經物體表面漫反射后，沿幾乎相同的路徑反向傳回到接收器，可以計算日標點P與掃描儀距離S，控制編碼器同步測量每個激光脈沖橫向掃描角度觀測值α和縱向掃描角度觀測值β。三維激光掃描測量一般為儀器自定義坐標系。X軸在橫向掃描面內，Y軸在橫向掃描面內與X軸垂直，Z軸與橫向掃描面垂直，獲得P的坐標。

精度的因數：分辨率、回波、時間、大氣影響等。通常情況下，儀器與被測點的距離越近、激光光斑越小、分辨率越高、回波信號越強，相應的測量精度越高；反之，則測量精度越低。此外，回波還受目標材質的反射率和邊緣效應影響，而溫度的變化也可令某種激光掃描儀的測距結果在x，y方向產生偏移。

2工程實例應用

2.1外業數據獲取方式

外業數據采集主要包括了：儀器的架設、測量項目及測站的建立、測量標靶以及點云掃描。其中測量時可采用自由設站的方式，也可選擇架設在一直坐標點的方式，如何選擇可視實際情況而定。

2.2內業數據處理

內業數據工作主要包括了點云的拼接，點云多余數據的剔除，以及三維立體模型的建立，如圖2所示。

該實驗應用拓普康三維激光掃描儀進行外業點云采集，選取自由架站的方式，在內業數據處理時應用其自帶軟件ScanMaster進行了點云的拼接和剔除，再基于Geomagic軟件進行三維立體模型的建立，有圖中可以看出，點云采集密度較好且通過軟件建立的三維立體模型完整性較好。

3小結

掃描技術不斷發展并日漸成熟，目前三維掃描設備也逐漸商業化，三維激光掃描儀的巨大優勢就在于可以快速掃描被測物體，不需反射棱鏡即可直接獲得高精度的掃描點云數據。這樣一來可以高效地對真實世界進行三維建模和虛擬重現。通過本文的研究，介紹了外業數據采集及內業數據處理，對三維立體模型的構建具有一定的參考意義。

參考文獻

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[2]石若明. 地面三維激光掃描點云分辨率研究[J].遙感學報，2008，12（ 3） .

篇(7)

關鍵詞：水平井建模，非均質性，塔河一區三疊系下油組

 

前 言

由于水平井在增大泄油面積、提高采收率等方面較直井具有諸多的優點，已被廣泛應用于開發低滲油氣藏、薄層油氣藏、復雜斷塊油氣藏和稠油油藏。論文大全，塔河一區三疊系下油組。而水平井開發油藏儲層建模技術的目標之一，就是建立能真實反映儲層非均質性的地質模型。

本文以塔河一區三疊系下油組水平井為例，在建模過程中，結合油藏構造、沉積和測井物性解釋等資料和儲層非均質性等特征，通過設置斷塊網格數的方式，對水平方向的參數采用不同的插值方法，使建立的三維模型既能更精確的刻畫儲層非均質性，又能適當減少網格單元密度，控制計算量。

1、塔河一區三疊系下油組基本地質特征

1.1 構造特征

圖1 塔河一區三疊系下油組構造頂面圖

塔河一區三疊系下油組位于塔里木盆地塔東北坳陷區沙雅隆起阿克庫勒凸起南部，是艾協克南—桑塔木鹽邊構造帶上的一個局部構造。塔河一區三疊系下油組構造為一長軸近SW-NE向的低幅背斜，構造南北兩翼近于對稱，南翼相對較陡，整個構造的平面形態為棒槌狀（西部寬緩，東部逐漸變窄）（圖1）。背斜長軸8km，短軸2.5km，長短軸之比為3.2，閉合面積為15.61km2，閉合高度可以達到37m。

1.2 儲層基本特征

塔河一區三疊系下油組孔隙度主要分布在18%～25.5%之間，平均22.06%；滲透率主要集中在18×10-3μm2～5245×10-3μm2之間，平均899×10-3μm2；屬中孔、高滲儲層。

塔河一區三疊系下油組大部分井都打在了1小層，1小層平面上孔隙度的分布以西面和中部TK107H、TK117H、TK120H三口井周圍及其水平段上孔隙度較高；而S29-S41井沿線以北孔隙度小于18%，TK110H井周圍孔隙度小于16%，屬于低孔隙度發育區。

塔河一區三疊系下油組1小層滲透率的變化特征總體趨勢與孔隙度相似，但所不同的是滲透率值的變化差異較大，低值區和高值區可以相差數百。滲透率在TK109H、TK121H、TK118H井點上及其水平段上滲透率達到400～1000×10-3um2，而在東面、北面以及TK102井附近滲透率小于100×10-3um2，屬于相對低滲區。論文大全，塔河一區三疊系下油組。因此對比孔隙度和滲透率的變化可以發現滲透率平面差異性較孔隙度大。

2、塔河一區三疊系下油組構造模型的建立

構造模型由斷層模型和層面模型組成。本次油藏的斷層模型是根據“斷層線→斷層組→斷層網→斷層模型”的流程建立的，而層面模型是在矢量化修編的砂體頂面總體構造特征的基礎上，通過井點處測井分層數據加以控制，采用井間普通確定性克里金插值建立的（圖2）。

圖2塔河一區三疊系下油組構造模型

3、塔河一區三疊系下油組屬性模型的建立

常規建模方法主要應用于直井。目前應用Petrel軟件的建模方法一般是在平面生成頂部、中部、底部三個骨架，建立邊界圈閉、斷層方向和趨勢線來控制網格單元，設置網格單元的密度，最后對中部骨架進行網格化并外推到其余兩個骨架。論文大全，塔河一區三疊系下油組。其優點是基于斷層建立，添加新的層位和分層數據之后更新模型很快。論文大全，塔河一區三疊系下油組。但是該方法僅僅來源于表面的斷層信息而不是基于“面”的概念，網格基于平均插值的計算，網格單元密度是自行設置的固定值，顯然不適用于水平井生產層段受平面非均質性影響較大時的建模。

本次研究中，通過設置斷塊網格數的方式，對水平方向的參數采用不同的插值方法，即在儲層非均質性較強區域，適當提高該區網格數，而在儲層非均質性較弱區域，設置較低的網格數，使建立的三維模型既能更精確的刻畫儲層非均質性，又能適當減少網格單元密度，控制計算量。

3.1 屬性參數概念模型的建立

選取了TK106、TK107共2口水平井，根據滲透率、孔隙度、突進系數、變異系數的疊合（圖3），設置了不同密度的斷塊分級，建立一個水平井概念模型（圖4、圖5）。圖4中看到平面網格在左、中、右位置的單元數不同。

圖3概念模型物性疊合分布圖

圖4概念模型網格單元示意圖 圖5 概念模型的構造模型

概念模型的孔隙度和滲透率屬性模型見圖6、圖7。

圖6孔隙度概念模型 圖7 滲透率概念模型

通過與物性平面圖對比，可以證明對水平井生產層段分斷塊劃分，能夠有效利用水平段上測井數據對周邊范圍的精確控制，以此建立的屬性參數模型能夠最大程度模擬儲層非均質性，更加逼近儲層真實屬性。論文大全，塔河一區三疊系下油組。

3.2 油藏屬性參數模型的建立

結合油藏構造、沉積和測井物性解釋等資料和儲層非均質性等特征，通過設置斷塊網格數的方式，對水平方向的參數采用不同的插值方法，選用地質統計學中適用于連續變量模擬的序貫高斯模擬算法，采用隨機過程的相控建模技術模擬得到了塔河一區三疊系下油組屬性參數分布模型（圖8、圖9）。論文大全，塔河一區三疊系下油組。

圖8 塔河一區三疊系下油組孔隙度三維模型

圖9 塔河一區三疊系下油組滲透率三維模型

4、結論

本文以塔河一區三疊系下油組水平井為例，在建模過程中，充分考慮油藏構造、沉積和測井物性解釋等資料和儲層非均質性等特征，通過設置斷塊網格數的方式，對水平方向的參數采用不同的插值方法，使建立的三維模型能夠最大程度模擬儲層非均質性，更加逼近儲層真實屬性。

參考文獻

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