时间：2023-07-24 17:07:27
【关键词】景洪水电站；引航道；浇筑强度；工期调整；工期分析；费用索赔
1.引言
对于建设工程而言，工期变更特别是工期压缩后，采取赶工是很普遍的现象，但随之带来的是费用变化，承包商一般均会提出费用索赔要求，业主在审核赶工费用索赔时必须依照现行法律法规和审计规定进行费用审核计算，定量计算就成为各方乐意接受的方法。对于单一工程项目，考虑使用施工强度测算资源投入强度，从而计算赶工投入费用，本案例将证明这种方法有效可行。
2.案例背景及项目简述
2.1景洪水电站下游引航道位于混凝土重力坝下游右岸河道，是航运过坝工程的一部分，上游接升船机下闸首，下游延伸至白塔大桥上游，全长约726m。下游引航道工程主要包括围堰工程、土石方开挖工程、帷幕高喷灌浆工程、导墙混凝土工程（含钢筋工程）。
2.2合同中航运过坝建筑物下游引航道工程计划于2004年11月1日开始实施，由于景洪电站计划提前截流，导致下游引航道工程延迟到蓄水后的枯水期开始后实施，2008年10月17日，即下游引航道工程实施前，由合同甲方主持召开了导流底孔封堵及下游引航道施工方案评审会，根据本次评审会要求，承包商重新上报了《导流底孔封堵及下游引航道施工组织设计》，该文件编号总694号，下文简称694号文件。文件呈报监理后，监理对该文件进行了批复并同意承包商方案。经监理批复的694号文件，将作为工期顺延后的下游引航道施工计划，即赶工前依据原合同编制的施工组织计划。
2.3在下游引航道工程具体实施时发现，提供的地质资料与实际地质情况出入较大（本文使用的地质条件变化含地形地貌，下同），F1断层穿过下游引航道施工区，原河道高程也比招标资料提供的高程低很多，导致下游引航道围堰工程、引航道基础工程、施工期抽排水工程发生变化。因以上情况，业主与设计院协商研究，向承包商发出了设计通知，对下游引航道围堰、引航道工程进行设计变更。
2.4根据设计通知，承包商变更前的施工计划，结合现场实际情况（造成下游引航道施工工期滞后），合同甲方要求赶工，并于2009年2月14日向承包商发出了“关于要求对景洪电站下游引航道施工进行赶工的通知”（景建工[2009]5号，下文简称赶工指令），赶工指令要求：（1）4月底前完成下游引航道D0+257m以下游、EL538m以下导墙和护岸部位的施工；（2）5月底导墙混凝土全部浇筑至EL547m；（3）5月底围堰全部拆除完成。
2.5随后承包商报送了《下游引航道赶工措施计划》（总725号），下文简称725号文件，经监理批复，作为赶工计划文件。本论文仅对下游引航道混凝土工程进行赶工索赔案例分析。
3.工期变更原始资料的搜集和说明
随着民航业快速发展，国内很多院校纷纷开办以航空服务、旅游管理、商务英语或文秘公关等专业为主的航空服务专业方向。数据显示，目前全国开设航空服务专业的各类院校超过百家，其办学背景不同，特色各异，主要集中在中专、高职和本科三个层次。由于开办时间普遍较短，各院校没有统一的教学标准，课程体系和教材建设各有不同。师资队伍素质参差不齐，人才培养质量不能令人满意。具体表现在以下方面：
1.航空服务专业总体发展情况1999年黑龙江北开职业学院开办空中乘务专业大专班，开创国内空中乘务专业高等职业教育的先河。之后多所院校开始试点，面向全国招生。2002年后，空中乘务专业迅速发展。目前全国很多省市院校均开设有空乘服务或航空服务专业。除了公办院校，很多民办院校也纷纷加入招生行列，招生人数逐年增长。但大部分学校办学层次为高等职业教育、专科层次，本科层次只占一成左右。毕业生去向主要集中在客舱服务、地面乘客服务及酒店等其他服务性行业，随着毕业生人数的不断增长，就业压力逐渐加大。再加上人才质量不高，尤其是民办学校的毕业生质量令人堪忧，就业质量也不断下降。只有高层次的航空服务人才仍然十分紧俏。
2.人才培养现状目前，国内航空服务专业学历教育主要有三个层次，各层次院校针对学生的实际情况，制定了不同的人才培养目标，总体而言，高职高专院校是培养航空服务人才的主要平台，其办学方向和办学思路较为明晰。大多以就业为导向，以服务为宗旨，以产学结合为方针，立足高等教育层次，突出职业教育特点。而且这些院校的人才培养目标较为明确，专业定位比较合理。下面以北华航天工业学院（以下简称华航）航空服务专业为例，在介绍其经验的同时找出具体的问题并剖析其成因。
二、航空服务人才培养存在的问题
本专业成立于2008年9月，由外语系负责建设。历经六年的探索、实践和完善，航空服务专业发展成为我院的特色专业。在专业建设中，根据学院的实际情况，结合民航业的发展形势，确定符合市场需求的人才培养目标和模式，在遵循语言教学规律和基本教育原则的前提下，努力构建科学合理的航空服务专业教学体系，在专业建设、师资队伍、特色建设、第二课堂、教学成果等方面都取得了一系列成果。虽然航空服务人才培养取得了很大的成绩，但也存在诸多问题，本专业建设只有6年时间，经验明显不足。课程体系建设方面，没有完全以企业需求为导向，课程安排不尽合理，表中公共基础课（思想、邓小平理论等）是学院面向所有专业开设的，故无法变动。专业基础课（语言类、民航形塑、礼仪等）和专业类课（航空服务专业理论）及专业选修课等理论课程占总学时比重过半，即使加上专项实践教学，理论课比重是51%，仍然高于实践课的49%。其中，本专业依托外语系，理论课程设置彰显航空服务“以英语为主，兼顾其他外语”的培养特色。英语类课程668学时，占全部理论课程的41%，语言类课程892学时，占全部理论课程的55%。
总体而言，课程体系相对重理论、轻实践。教材建设方面，坚持以选用规划教材、教育部推荐教材和航空服务类专业系列教材为主，同时鼓励教师有重点地自编一部分适合本专业人才培养目标要求的教材。目前已编写出版《民航地勤英语》、《民航英语基础教程》、《民航客运英语教程》等教材，但是这些教材缺乏国际化的课程开发理念，也没有基于工作过程导向，更没有与企业共同开发。实习实训设施及基地建设层面，经过几年的建设，实验室设备包括航空服务专业技能训练类（如形体礼仪实训室、舱服务训练舱等）和航空延伸服务技能训练类（如语音室、商务英语综合实验室、现代化办公手段实训中心等）。受各种条件限制，实验设备和实验条件只能基本满足航空服务专业的课程实训、实习、毕业实习等实践教学活动的需要。同时，本专业与企业合作实践教学，先后建立了华北民航局、航天人才培训中心、中科廊坊科技谷有限公司、新奥艾力枫社酒店等多个实习基地。这些实习基地专业与岗位关联度不是很高，因此，有效、长期、稳定的校企合作模式仍需要进一步探索。师资队伍方面，本专业任课教师共计12人。其中讲师10人、助教2人。92%教师拥有硕士学位，来自不同高校。教师职称、学历、学缘结构较为合理，但多数老师为语言类，艺术类教师有2人，具有行业背景的教师1人且为兼职。虽然聘有企业专家来校定期进行专题讲座，但数量上远不能满足实际需求。
三、华航航空服务人才培养的SWOT分析
SWOT分别代表优势（Strength）、劣势（Weakness）、机会（opportunity）、威胁（Threat），SWOT分析又称为态势分析，通过系统地列举分析与研究对象密切相关的各种内外部因素，得出科学结论，据此制定相关发展战略。下面将采用该方法对华航航空服务人才培养进行分析。
1.优势华航位于廊坊市区，首先拥有得天独厚的地缘优势，周边遍布首都机场、天津机场。多半面积位于廊坊的首都新机场即将建设，人才需求持续旺盛。其次，本专业以外语为特色，顺应国际化大趋势。第三，专业开办6年有余，积累了一定的经验，毕业生就业质量较高，社会影响力逐年扩大，吸引了更多生源。
2.劣势学校位于京津冀高校密集区，知名度较低，无力与京津高校竞争。本专业以艺术类招生，生源文化素养普遍偏低。加之外省市考生不参加统一招生面试，外在形象得不到有效保障。此外，本专业的课程设置没有完全与社会需求接轨，理论实践课程比例不尽合理，双师型人才严重短缺，校外实训基地尚待进一步开拓。
3.机会首都第二机场在京廊交界兴建，廊坊开始全力打造临空经济区。随着京津产业外溢以及国际产业转移尤其是近期京津冀协同发展上升为重大国家战略，航空服务专业迎来了前所未有的战略机遇。
4.威胁基于良好的就业前景，本专业已经成为热门专业，公办、民办学校纷纷上马，同行竞争日趋激烈，行业评价标准不断提升。目前，在国家大力发展职业教育的背景下，航空服务学历教育压力增大。
四、廊坊航空服务人才培养策略
【摘要】从行业的基本面分析，看到高端设备制造行业中的航空产业具有较为良好的投资前景，从“十二五”规划、大飞机项目、低空空域管理改革、中航系整合等等方面都为航空产业带来了新的机遇，其中的典型企业哈飞股份更是具有良好的财务状况，具备一定的投资价值。
【关键词】投资分析；航空产业；哈飞股份
一、高端设备制造行业――航空行业
（1）“十二五”规划战略新兴产业。所谓的七大战略新兴产业，即节能环保、新一代信息技术、生物、高端设备制造（四大国民经济支柱产业）以及新能源、新材料、新能源汽车（三大先导产业）。而在工信部起草的《“十二五”高端装备制造业产业发展规划》中，高端设备制造又有五个细分行业：航空、航天、高速铁路、海洋工程、智能装备。而在这些细分行业中，航空装备产业被列为首位，将重点加快推进大型飞机研制，大力发展系列支线飞机、通用飞机和直升机，重点突破发动机重要机载系统和关键设备，做大做强航空产业。（2）大飞机项目。主持常务会议批准大型飞机研制专项获得立项，同意组建大型客机股份公司，大飞机项目涉及研制资金500～600亿元，估计将在2020年上天。同时，军机、民机将进行分立，军机设在西安，民机设立在上海。（3）《低空空域管理改革的指导意见》。2008年8月19日，国务院了《中央军委关于深化我国低空空域管理改革的指导意见》，在北京、兰州等5个飞行管制区分类划设低空空域。伴随着经济水平的提高，作为战略性新兴产业重要组成部分的通用航空业，有望成为“新增长点”，并带动超万亿的市场规模及整个产业链的黄金10年发展期。（4）中航系整合。中航系管理着十几家子集团、200多家企事业单位，旗下仅上市公司便有22家。而2011年，将迎来中航工业整合第一阶段的完成之日，也就是说，中航工业各大子公司80%的资产装入上市公司。这为军工航天航空行业带来了新的机遇，“中航系”的重组方案一经公布，立刻赢得投资者的追捧，中航系旗下多只股票均开始上涨，而同时航天军工行业是高端装备制造业的先锋，被列在高端装备制造业第一位，经过10余年的积累后，在国家产业政策的扶持下，航空航天率先开始了新技术突破和产业升级，未来10年航天军工将进入一个高速发展时期，也必然给投资者带来巨大的投资机会。
二、航空产业典型企业（哈飞股份）企业分析
1．基本分析：（1）高端设备制造龙头企业。从事直升机制造、喷气式飞机制造、航空用复合材料制造以及航空用零件的制造。属于国家“十二五”规划中高端设备制造中航空行业的领军企业，在以高端设备制造为国家支柱产业的未来，有着较为广阔的发展前景，较为良好的发展机遇。（2）大飞机项目五大制造商之一。主要负责提供航空用复合材料，其制造的航空用复合材料泛应用于“直九”系列直升机、HC120直升机及空客A320结构件、波音787整流罩等产品。（3）舰载机、直升机制造领军企业。对于中国未来海军实力、以及远洋海洋资源的开发利用，哈飞在舰载机以及直升机方面的竞争优势让它在未来市场中能够有更好的表现。（4）通用飞机制造新机遇。由于国家对于低空空域的逐步开放，未来通用飞机在中国将会有着进一步的发展，而作为通用飞机行业的龙头企业，哈飞将获得更为有利的发展优势。（5）中航系整合中的机遇。中航系航工业的整合中直升机公司主要资产集中在昌河集团和哈飞集团，整合平台很有可能是哈飞股份。
2．公司财务指标分析：
表1主要财务指标
从上表中可以看到，公司的主要财务指标，净利润、利润总额、每股收益等在2010年度呈现上涨的趋势，表明公司的财务状况良好，基本面情况对股价有支撑。可以说明哈飞股份的盈利能力较为稳定，未来将也会有较为优秀的表现。从速动比率和流动比率来看，哈飞股份的流动比率高于行业平均，速动比率略低于行业平均，但是这对于一个主要生产高端大型机械设备的企业来说哈飞的短期偿债能力仍然较强。从哈飞的财务指标分析中，我们可以看到哈飞股份的盈利能力和偿债能力都较好，因此可以说明现在哈飞股份的受追捧并没有超出公司本身的经营状况，公司未来股价的良好预期有着公司良好基本面有利支撑。从行业分析和企业的财务状况分析中看到，航空产业面临着一个前所未有的发展机遇，作为该产业的龙头企业，哈飞股份以其良好的财务状况更加值得投资者关注，在未来必然会拥有一个广阔的发展前景。
关键词：雷达；柔性天性；半导体；圆极化；共面波导
中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）11-0075-02
天线，是能将承载信息的无线电信号通过馈电方式完成在物理空间的转换。移动通信、电视广播、雷达监测、导航定位等通信电子领域依赖于天线完成数据收发。2016年我国手机终端需求预计超过3亿部，这就意味天线设备市场发展的一个重大市场机遇。超低功耗、极微细化、超高通量、混合承载是未来天线设备发展的重要趋势。宽带定向性贴片天线、截面微带天线、空间可展开天线、波导缝隙天线、平面近场天线等新型天线技术和结构的提出，能够有效的提高电磁转换效率，使得天线技术的研究能够逐渐形成覆盖多行业、多材料、多结构的研究领域。本文将对先进天线技术进行研究和分析，归纳当前天线技术在不同行业中的用途，分析不同材料的天线特性，最后总结不同的天线结构性能。
1 前沿天线的多行业复合应用
1.1 雷达天线应用分析
雷达天线主要应用于探地、气象、火炮、船舶等多种场景。针对探地应用，武汉大学李太全提出一种探地雷达天线系统的设计、实现与优化方法[1]，分析了探地雷达的探测性能与天线系统结构之间的关系，通过求解信号特征对时间与空间的中心差商，分析全向无波速角度天线的电磁波脉冲频率和幅度、信号衰减特性以及多路径反射波，运用媒质分层格林函数辅助矩量法得到蝶形天线的电流阻碍程度和特定媒质影响。设计了一种负反馈型高频放大器，提升了宽带电路增益。针对船舶或车载等移动应用，武汉理工大学的伍勇军提出一种车载雷达天线及其平台的风载特性研究[2]，利用有限元软件ABAQUS对天线有限元模型进行随机响应分析，建立了平台的有限元分析模型，并推导出了一种实用且科学的风振相应分析方法。
1.2 卫星天线应用分析
卫星天线主要应用于船舶通信、卫星通信等多种不同场景。针对船用信息传输，哈尔滨工程大学曹登建提出了基于MEMS/EC组合的卫星天线姿态测量和控制研究[3]，设计基于MEMS惯性传感器和电子罗盘的组合测姿方案，采用MEMS惯性传感器和电子罗盘联合进行姿态测量，并通过三轴框架运动弥补横滚角变化。通过用四元数形式表示的多维方程推导出紧耦合Kalman滤波算法，并提出使用小量随机白噪声的抗干扰法。最后分析了姿态控制方法，保证天线的稳定。针对卫星信息通信，电子科技大学杨丹提出一种卫星天线及带陷波特性的超宽带天线的设计，设计了一个用于海事卫星通信L频段的天线，将符号相反的一对电磁负荷，通过维尔京森传输线结构的功率分配器来发射和接收固定的信号，由反射板进行增益提升。
1.3 LTE天线应用分析
LTE天线主要应用于手机通讯，基站建立等多种场景。针对手机通讯，华南理工大学的付逐岢隽嘶于LTE的移动终端天线O计[4]。本文通过对通用无源参数，有源参数理论系统的分析，整理出目前行业先进的支持LTE的天线设计方案。并选取常用的IFA天线类型进行设计研究了该天线的完整的无源以及有源性能。提出了降低SAR值地方法，并通过仿真验证了其可行性。而针对基站建立，华南理工大学的郭兴鑫提出了面向LTE基站通信的天线设计研究[5]，其重点主要集中于天线的宽频性、多频性、双极化、分集天线、小型化等，通过增加双层分边并采用正交极化方式排布天线阵子达到最大化极化分集，设计了一种组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线并同时工作在收发双工模式下的宽带基站天线。
2 异构天线的传输性能对比
2.1 柔性天线的性能特征
柔性天线主要应用于航天器发展和可穿戴通信设备等多种场景。针对航天器发展，哈尔滨工业大学的徐东提出了航天器大型柔性天线局部共振分析及主动控制研究[6]。他主要对大型柔性天线的局部模态的产生及其控制方法进行研究，通过对比理想周期结构和失谐周期结构的固有频率与振型，证明了振动模态局部化现象。并得出同等控制代价下LQR控制方法的控制效果明显优于直接负速度反馈方法的结论。针对可穿戴通信设备，吉林大学电子科学与工程学院、吉林师范大学信息技术学院、合肥工业大学电子科学与应用物理学院的许德成、田小建、郭小辉和刘微提出了2.45GHz柔性可穿戴织物天线的设计与研究[7]。其旨在提升人体中心通信系统中柔性天线的穿戴舒适性。阐述柔性织物天线的拓扑结构、制备流程及性能特点，并提出的柔性织物天线及制备方法为可穿戴设备无线通信中柔性天线的设计提供了一种解决方案。
2.2 半导体天线的性能特征
半导体天线主要应用于激光器领域和GPS等多种场景。针对激光器领域，西安理工大学的王瑞提出了大气激光通信光学系统设计和分析方法[8]。提出了根据光能耦合效率来确定准直光学系统的数值孔径，使准直光学系统实现光束的准直，并进行了优化。设计了用户界面，可对光学天线系统特性进行分析，使研究者更进一步方便的研究光学天线系统特性。针对GPS领域，SiGe半导体公司推出了业界最小双天线输入GPS接收器IC。SE4150L GPS接收器IC能够实现双天线输入，且具有小尺寸、低功耗和低价格的显著优势。
2.3 金属天线的性能特征
金属天线主要应用于UHF频段和智能手机等多种场景。针对UHF频段，南京邮电大学的谢继鹏提出了UHF频段抗金属天线设计[9]。首先，他完成了中心工作频率为470MHz的电小天线设计，并使其正常工作于自由空间和金属表面。其次，他完成了一款超高频抗金属射频识别标签天线设计，其具有增强天线远场增益，提高标签天线的读取距离的优点。针对智能手机，电子科技大学的鹏提出了全金属边界智能机天线设计[10]。他提出了一款超薄窄边框的五频开缝的全金属边框智能机天线方案，使其工作在WWAN的五个工作频段且所占空间仅仅为5×40×8mm3。他还提出了一款七频全金属边界智能机天线方案，该方案设计环境苛刻，在实际应用环境中会被优化，所占空间仅为5×70×6mm3，是一款超薄窄边框全金属边界智能机天线方案。
3 多元结构的天线设计分析
3.1 平面天线阵设计分析
平面天线阵主要应用于卫星通讯及小型精确制导武器等多种场景。针对卫星通讯方面，来自空军工程大学导弹学院的朱莉、任卫华、高向军提出了宽带平面微带贴片天线的设计[11]。利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的贴片天线，并计算阵列单元间的互偶效应。确定了合适的阵元间距，并采用简单的T型等分功分器组成并联馈电网络，实际制作并测试了一个8×8元宽带平面天线阵。该天线阵在卫星通讯领域前景广阔。针对精确制导武器方面，来自国防科技大学的刘克成、宋学诚、提出了用于小型精确制导武器的8mm微带平面天线阵[12]。8mm微带平面天线阵能够与集成电路深度融合，其薄饼结构提升了天线的体积、阻抗等性能，将可有效应用于精确导引头制作中。
3.2 圆极化天线设计分析
圆极化天线主要应用于卫星导航系统和卫星通讯等多项方面。针对卫星导航系统来自西安电子科技大学的张运启提出了卫星导航系统中圆极化天线及其阵列的研究[13]。设计了宽带圆极化微带天线，该天线采用环状辐射贴片，以空气作为介质，通过调整环状辐射贴片的内外径尺寸，使天线可以覆盖GPS的L2和L5工作频带，同时兼顾伽利略的E5a和E5b工作频点（1164-1215MHz）。为了进一步展宽天线的工作频带，使其可以覆盖GNSS的所有工作频点，采用顶端开路，实现了展宽了波束宽度的四臂螺旋天线，优化了阵列单元的幅度和相位分布。在卫星通信天线设计方面，西安电子科技大学的徐平提出了圆极化天线及CTS阵列天线的卫星应用研究[14]。通过加载短路板和不对称螺旋臂绕制，成功设计了螺旋天线阵列，实现了地球站和终端的天线小型化、宽波束，融合多种网络的四臂螺旋天线，实现了宽缝和圆极化。
3.3 共面波导天线设计分析
共面波导天线主要应用于便携式超宽带通信系统和缺陷接地结构等多个方面，针对便携式超宽带通信系统，西安电子科技大学的邓超、谢拥军提出了共面波导边缘结构的平面单极子天线，将将介质基片的中心导体带扩展至凹槽顶端完成馈电交互，动态调整输入阻抗，可有效提升天线带宽[15]。针对缺陷接地结构，天津大学的余亚芳提出了基于缺陷接地结构的共面波导天线研究[16]。分析缺陷接地结构的等效电路，构建交指型DGS的神经网络，增加了新型天线的带宽，并实现了高次谐波的良好滤除。
4 结语
本文将对先进天线技术进行研究和分析，归纳了前沿天线的在雷达、卫星以及LTE多行业复合应用，分析柔性、半导体、金融等异构天线的传输性能，最后得到平面、圆极化、共面波导天线等多元结构的天线设计方法，为开展先进天线技术研究奠定了一定的基础。
参考文献
[1]李太全.探地雷达天线系统的设计、实现与优化[D].武汉大学，2004.
[2]伍勇军.车载雷达天线及其平台的风载特性研究[D].武汉理工大学，2007.
[3]曹登建.基于MEMS/EC组合的卫星天线姿态测量和控制研究[D].哈尔滨工程大学，2012.
[4]付逐.基于LTE的移动终端天线设计[D].华南理工大学，2013.
[5]郭兴鑫.LTE基站天线研究[D].华南理工大学，2013.
[6]徐冬.航天器大型柔性天线局部共振分析及主动控制研究[D].哈尔滨工业大学，2008.
[7]许德成，田小建，郭小辉，刘微.2.45GHz柔性可穿戴织物天线的设计与研究[J].东北师大学报：自然科学版，2016（4）：88-91.
[8]王瑞.大气激光通信光学系统设计和分析[D].西安理工大学，2005.
[9]谢继鹏.UHF频段抗金属天线设计[D].南京邮电大学，2014.
[10]鹏.全金属边界智能机天线设计[D].电子科技大学，2015.
[11]朱莉，任卫华，高向军.宽带平面微带贴片天线阵设计[J].无线电通信技术，2009（01）：42-44.
[12]刘克成，宋学诚.用于小型精确制导试器的8mm微带平面天线阵[J].电波科学学报，1991（z1）：84-87.
[13]张运启.卫星导航系统中圆极化天线及其阵列的研究[D].西安电子科技大学，2014.
[14]徐平.用于卫星通信的圆极化天线及CTS阵列天线的研究[D].西安电子科技大学，2014.
关键词：神州；飞船；物理教学；问题
中图分类号：G633.7 文献标识码：A文章编号：1003-6148(2008)2(S)-0008-5
2004年，以“嫦娥工程”命名的我国月球探测活动全面启动；2005年10月12日，我国成功发射了“神州”六号载人航天宇宙飞船，费俊龙、聂海胜两位宇航员搭乘飞船在太空中环绕地球运行77圈后，于10月17号凌晨返回地面；2007年1月11日中国反卫星导弹成功试验；2007年4月14日我国成功将一颗北斗导航卫星送入太空； 2007年9月22日，经国务院、中央军委批准，我国将在海南省文昌市建设新航天发射场；2007年9月29日中国自主设计研制的新一代航天远洋测量船――“远望五号”在上海江南造船厂正式交付中国卫星海上测控部使用；中国的“神舟”七号飞船将在2008年发射，并且要实现搭载三名航天员，而且航天员要出舱活动；中国首颗月球探测卫星“嫦娥一号”将于10月下旬在西昌卫星发射中心用“长征三号”甲火箭发射升空……新中国航天的巨大成就，完全可以与任何一个世界强国媲美，辉煌的成就让国人自豪，作为中学物理教师的我们既承担着教书育人的责任，也肩负着科普工作的重担，关注高新技术，让物理教学紧跟时代步伐，我们责无旁贷。“神舟六号”成功发射和回收，使得航天物理知识在高考命题以及青少年科普知识和爱国主义教育中成为一个亮点和热点。用中学物理知识探究分析“神州”六号的发射、回收、变轨、在轨运行等问题，让“神州”六号与中学物理教学结合，无疑会使物理教学更具有时代气息。
1 飞船（卫星）发射中的物理问题
问题情景1 发射“神州”六号飞船用“长征”二号F运载火箭,火箭起飞重量479吨，飞船重量为8.079吨，起飞时，8台发动机同时点火，总推力600吨。在电视上我们发现与发射卫星和导弹相比，“神州”六号要“慢”得多，为什么？费俊龙、聂海胜两位宇航员在飞船发射升空中，在船舱的躺椅中平躺，为什么？
探究解析 “神州”六号要“慢”得多，从物理学角度讲是指加速度较小。对飞船和火箭：
这个加速度比发射卫星、导弹要小得多，这主要是为航天员的安全和舒适着想，在发射阶段宇航员处于超重状态，血液视重增大，心脏无法像平常一样输送血液，导致血压降低，头部血压降低，下肢血压升高，使大量血液淤积在下肢静脉中，严重影响静脉血的回流，使心脏输出血量不足，造成头部供血不足，轻则引起视觉障碍，重则可能导致意识丧失，所以飞船在发射升空过程中宇航员采用平躺姿势。如果火箭加速度过大，航天员会感觉不舒适，甚至有生命危险。当然随高度的升高，加速度会增大，电视中说是4个g左右，航天员训练时是8个g到12个g。
问题情景2 运载火箭发射“神州”六号飞船时火箭起初笔直上升，12秒后，逐渐倾斜转弯，开始向东南方向飞去。朝东南方向发射，为什么？
探究解析 要保证飞船发射成功，发射速度至少要达到第一宇宙速度7.9km/s, 我国地处北半球，这样能充分利用地球自西向东旋转的部分速度，从而可以节约发射燃料。
问题情景3 假如不考虑地球表面附近空气阻力的影响，只考虑地球自转的影响，那么以第一宇宙速度7.9km/s发射两颗质量相同的近地人造地球卫星，发射点都在即将建成的海南文昌，一颗自西向东发射，一颗自东向西发射，问向哪个方向发射节省燃料？朝另一个方向发射的卫星要比朝该方向发射多消耗燃料百分之几？（地球半径R=6.4×106m）
探究解析 第一宇宙速度v1=7.9km/s是卫星相对地心的速度,是近地圆轨道上的卫星环绕速度。海南文昌非常靠近赤道，地球自转时，赤道上发射塔相对地心自西向东速度的大小为：
自西向东发射,卫星达到速度v1，相对发射塔的速度为：v3=v1-v2=7.435km/s
自东向西发射,卫星达到速度v1，相对发射塔的速度为：v4=v1+v2=8.365km/s
由动能定理：火箭燃料给卫星提供的能量之比为：E′kEk=12mv2412mv23=8365274352=1.27
动能之差为：ΔEk=Ek1-Ek2=0.27Ek,发射消耗的燃料与卫星获得的动能成正比，故自东向西发射比自西向东发射多消耗燃料27%。
海南新发射场建成后，主要承担地球同步轨道卫星、大质量卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务，中国的“长征”系列火箭以及将来的新大推力火箭，推力将可以提升10％。我国酒泉、西昌、太原三个内陆发射基地受到铁路运输条件的限制，火箭直径不能超过3.35米。发射基地建在沿海，就可用海运这种不受体积限制的方式，地处低纬度的海南还可增强火箭有效发射能力，广袤的南海也可成为火箭残骸安全的坠落区。
2 飞船（卫星）运行中的物理问题
问题情景4 “长征二号”F运载火箭带着“神州”六号飞船，升空后第120s，火箭实施第一个分离动作，抛掉了逃逸塔；第136s，火箭助推器分离；第159s，火箭一、二级分离；第200s，整流罩上的两瓣罩体落入空中，露出“襁褓”里的飞船，此时，第二级火箭已经飞出了稠密的大气层，飞船不再需要整流罩的保护了；第583s，船箭成功分离，神舟六号飞船以每秒7．5km/s的速度，在我国黄海上空200km高处进入预定轨道，运行在轨道倾角42. 4度，近地点高度200.65km，远地点高度约344.725km的椭圆轨道，飞船飞行到第5圈实施变轨，进入343km的圆轨道绕地球飞行，运行的方向基本上和地球同向。为什么飞船要沿椭圆轨道运动？为什么要变轨？
探究解析 在200km高处船箭分离，由船这时仍保持着较高飞行速度，因此，它并不是在200km高度做圆轨道运行，而是沿椭圆轨道运动。如图1所示：飞船在椭圆轨道上运动时，由开普勒第一定律可知，地球位船椭圆轨道的一个焦点上，O为地心。为了保证航天员的安全，在从第3圈起开始由地面向飞船注入“自主应急返回控制参数”，以便一旦发生紧急故障，航天员可以通过键盘操作中止正常飞行程序，按预先设计好的自主应急返回程序，实施自主应急返回飞行程序，使飞船在预定的应急着陆区（国内、外共10个）之一着陆。
飞船在椭圆轨道上的两个特殊位置A、B(A为近地点，B为远地点)所受万有引力的方向虽然与飞船线速度的方向垂直，但都不满足万有引力等于该点所需向心力的条件，由开普勒第二定律可知，飞船在A点速度较大，地球对飞船的万有引力小船做半径为ROA的圆周运动所需向心力，做离心运动，飞船在B点速度较小，地球对飞船的万有引力大船做半径为ROB的圆周运动所需向心力，做向心运动；飞船在椭圆轨道上的其它位置（如C点）所受万有引力的方向既不与线速度垂直，也不满足万有引力等于该点所需向心力的条件，将万有引力分解为沿速度方向上的切向分力和垂直于速度方向的法向分力，切向分力使飞船加速或减速，法向分力使飞船速度方向改变。
飞船在远地点B开动轨控发动机，向飞船运动反方向喷气，使飞船加速，当满足万有引力等船做半径为ROB的圆周运动所需向心力时，飞船的运行轨道由椭圆轨道2变为半径为ROB的圆轨道3运动。飞船变为圆轨道后，在第一、第三、第五天的运行轨迹基本是重复的，按设计方案，在这种情况下，便船返回主着陆场。同时，圆轨道的自主应急返回方案相对于椭圆轨道来说，要更加便于设计。
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问题情景5 如上图1，1为离地高度为200km的圆轨道，在1轨道上的A点的线速度v1、加速度a1和在2轨道上的A点v2、a2大小关系是怎样的？在2轨道上的B点的线速度v3、加速度a3和在3轨道上的B点v4、a4大小关系是怎样的？在2轨道上的A点和B点两处，速度和加速度大小关系是怎样的？
探究解析 在轨道1上的A点万有引力等船在该点做圆周运动所需向心力，“供需平衡”：
在轨道2上的A点万有引力小船在该点做圆周运动所需向心力，“供需失衡”：
故v1＜v2
无论是在轨道1还是在轨道2上的A点，都是万有引力产生加速度，由牛顿第二定律：
在2轨道上的A点和B点两处，由牛顿第二定律可知：a2＞a3；从A点向B点运动，由能量守恒定律可知v2＞v3。
问题情景6 “神舟”六号飞船升空后，进入近地点距地心为r1，远地点距地心为r2的椭圆轨道。2005年10月12日15时54分45秒，神舟六号飞船推进舱轨控发动机点火，飞船开始变轨，飞船在远地点时，将质量为Δm的燃气以一定的速度向后喷出后，飞船改作半径为r2的圆周运动，已知地球表面处加速度为g，飞船在近地点速度为v1，飞船总质量为m，取距地球无穷远处为引力势能零点，质量为m的物体的引力势能为Ep=-G Mmr （其中M为地球质量， r为物体距地心的距离，G为万有引力常量）。求飞船在远地点时，应将Δm的气体以相对于地球多大的速度v0向后喷出才能进入半径为r2的圆轨道（已知地球半径为R，地面重力加速度为g）
探究解析 飞船在椭圆轨道上运行，机械能守恒。设飞船在远地点的速度为v2，
问题情景7 10月14日清晨，“神舟”六号在第30圈进行变轨后的首次轨道维持，根据轨道精测参数进行微量调整，使飞船回到预定的正常轨道，为什么要进行轨道维持？
探究解析 飞船在运动过程中，由于受到稀薄空气的摩擦阻力和地球引力的影响，轨道高度会逐渐缓慢降低，为确保飞船正常运行，必须进行轨道维持，“神六”首次轨道维持时，发动机共点火6.5s，飞船抬高了800m。如果不进行轨道维持，飞船的向心加速度逐渐增大，周期逐渐减小，线速度和角速度都逐渐增大，机械能逐渐减小。
问题情景8 轨道舱也叫工作舱，它是航天员的“太空卧室”兼“工作间”，它还兼有航天员生活舱和留轨实验舱两种功能，所以也称留轨舱。轨道舱里面装有多种实验设备和实验仪器，可进行对地观测，其两侧装有可收放的大型太阳能电池帆翼、太阳敏感器和各种天线以及各种对接结构，用来把太阳能转换为飞船的能源，与地面进行通讯等。作为航天员的“太空卧室”，轨道舱的环境很舒适，舱内温度一般在17至25℃之间。“神州”六号在圆轨道上运动时，宇航员相对轨道舱“静止”站在舱内的“地板”上，下列说法正确的是（ ）
A.宇航员不受重力作用
B.宇航员与“地板”之间无弹力
C.宇航员所受重力与他在该位置所受的万有引力相等
D.若宇航员将手中的笔无初速释放，笔将落到“地板”上
探究解析 宇航员随飞船在加速上升阶段处于超重状态，火箭与飞船分离，推力消失，飞船入轨后，就会开始出现失重状态，而绕地球做匀速圆周运动时处于完全失重状态，所以答案是BC。实际上，由于完全失重，人其实可以浮在空中睡觉，但考虑到人在地面养成的习惯，所以载人飞船（或空间站）通过睡袋人为地制造一种“床”的感觉，否则航天员睡觉时可能会产生坠入万丈深渊的错觉。
问题情景9 附加段也叫过渡段，是为与另一艘飞船或空间站交会对接做准备用的。在载人飞行及交会对接前，它也可以安装各种仪器用于空间探测，神舟飞船轨道舱前端可能装有俄罗斯式的对接系统。假设“神州”六号要与国际空间站对接，下列措施可行的是（ ）
A．从较低轨道上开始加速
B.从较高轨道上开始加速
C．从空间站同一轨道上加速
D.无论从什么轨道上，只要加速就行
探究解析 飞船在某一轨道上加速时，所需向心力增大，原有的万有引力不足以提供现有的向心力而做离心运动，使轨道半径增大，因而只能从较低轨道上加速，所以选A。需要说明的是，上述情景只是一种假设，事实上“神州”六号轨道舱绕地球运行半年后，将会进入大气层经过升温、熔化，最后汽化而销毁。由于此次飞行没有交会对接任务，神舟六号取消了附加段。
问题情景10 “神州”六号总质量为m，在离地h高处绕地球做匀速圆周运动，已知地球质量为M，地球半径为R，地球表面重力加速度为g,万有引力常量为G，求：
（1）飞船在轨道上正常运行的速度是多大？
（2）飞船在轨道上运行周期是多少？
（3）质量为m0的宇航员，他在飞船中的重力将变为多大？
探究解析
（1）由GMm(R+h)2＝mv2R+h 和GMm′R2＝m′g，
求得v＝gR2R+h
（2）由T＝2π(R+h)v，
求得T=2π(R+h)RR+hg（周期90min）
（3）在飞船上的宇航员，万有引力等于重力，故GMm0(R+h)2＝m0g，变形可得m0g＝m0gR2(R+h)2，事实上h比R小得多，所以宇航员的重力只是略有减小。
3 飞船（卫星）回收中的物理问题
飞船在轨道运行5天后返回地面，返回程序是：飞船飞行姿态第一次调整轨道舱分离(留在太空继续飞行)飞船飞行姿态第二次调整，呈倒飞状态推进舱发动机点火，降低轨道高度，进入返回轨道推进舱分离返回舱姿态调整建立再入姿态进入稠密大气层，穿越黑障区回收着陆系统启动工作，弹出伞舱盖，连续完成拉出引导伞、减速伞和主伞动作着陆。
问题情景11 在2005年10月17日凌晨3时44分，“神州”六号飞船轨道舱与返回舱成功分离，并在3时45分，飞船的发动机成功点火，开始回航。在4时07分飞船轨道舱与返回舱成功分离，返回舱自行重返地球。“神州六”号的轨道舱和返回舱分离后，轨道舱将仍留在太空运转半年，其运行周期和速度与原来相比（ ）
A.周期变大，速度变大
B.周期变大，速度变小
C.周期变小，速度变大
D.周期变小，速度变小
探究解析 轨道舱和返回舱分离时满足动量守恒。设总质量为M，返回舱质量为m，则Mv＝（M－m）v1－mv2 ，由此可知v1增大，原有的万有引力不足以提供向心力而使轨道舱做离心运动，其运行轨道半径比原来更大，所以运行速度变小，周期变大，应选B。
问题情景12 “神州”六号的返回舱与轨道舱分离之后，便开始缓缓下坠进入大气层，下坠过程除重力做功外，克服其它力做功为W，若返回舱质量为m，开始进入大气层时距地面高度为h，地球半径为R，假设地球表面附近的重力加速度恒为g，求其下坠后到达地面时的速度v2？
探究解析 返回舱进入大气层时，其速度为v1,有mg＝mv21R+h①
进入大气层下坠过程能量守恒，有
12m v12＋mg（R+h）＝12m v22＋W②
由①②得v2=3g(R+h)-Wm
问题情景13 “神舟”六号飞船自12日9时上天，历经5天5夜于17日凌晨安全返回主着陆场。飞船在返回过程中，当飞船返回舱下降到距地面大约10km高度时，返回舱上的静高压控制器通过测量大气压力判定高度，自动打开伞舱盖，首先带出引导伞，引导伞再拉出减速伞，此时返回舱的速度大约180m/s，第一次打开减速伞8s后返回舱速度减为80m/s左右，然后第二次打开主伞使飞船速度进一步减小，最终减小到10m/s。假设第一次打开减速伞后飞船作匀减速运动，试估算航天员费俊龙、聂海胜在第一次打开减速伞到第二次打开主伞的过程中所承受的载荷值（即所受支持力与自身重力之比值g=10m/s2）。
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探究解析 第一次打开减速伞后飞船作匀减速运动，飞船的加速度为:
a=v2-v1t=80-1808=-12.5m/s2
由牛顿第二定律：mg-FN=ma
故FN/mg=(g-a)/g=2.25
问题情景14 为了实现返回舱安全着陆，在飞船即将着陆的一瞬间，飞船距地面约1m时，安装在返回舱底部的四台缓冲发动机同时点火工作，使返回舱的速度由10m/s降到2m/s。假设返回舱质量为M，减速时间为t，试求返回舱在这段时间内所受的平均阻力？
探究解析 对返回舱，由动量定理：
（Mg-F）t=Mv2-Mv1
则F=M(v1-v2)t+Mg=8Mt+Mg
问题情景15 2008年我国航天员将实现太空行走，设想航天员连同装备的总质量M=100kg，在距离飞船45m处与飞船处于相对静止状态，航天员背着装有质量为m0=0.5kg氧气的贮气筒，其上有一个可以使氧气以相对于宇航员以v=50m/s的速度喷出的喷嘴，航天员必须向着返回飞船相反的方向放出氧气，才能回到飞船，同时又必须保留一部分气体供途中呼吸用，航天员的耗氧率为Q=2.5×10-4kg/s，不考虑喷出气体对航天员及设备总质量的影响。求：
（1）瞬时喷出多少氧气，航天员才能安全返回飞船？
（2）航天员安全返回到飞船的最长和最短时间分别为多少？
（3）为了使总耗氧量最低，应一次喷出多少氧气？返回时间又是多少？（飞船在一段很短的圆弧上的运动可视为匀速直线运动）
探究解析（1）若m太小，宇航员获得的速度很小，虽然贮气筒中剩余的氧气多，但由于返航时间太长，将无法满足途中呼吸所用；若m太大宇航员获得的速度虽然大了，而筒中氧气太少，也无法满足途中呼吸所用。
设瞬间喷氧气质量为m时，宇航员恰能安全返回，由动量守恒定律：
m(v-v′)=(M-m)v′,即mv=Mv′①
宇航员返回的时间为t=sv′②
贮气筒中剩余氧气质量满足
m0-m≥Q t③
由①②③得400m2-200m+9≤0
解得0.05kg≤m≤0.45kg
（2）根据①②式得t=Msmv④
当m=0.05kg时，可求得宇航员安全返回到飞船的最长时间为tmax=1800s；
当m=0.45kg时，可求得宇航员安全返回到飞船的最短时间为tmin=200s；
（3）当总耗氧量最低时，设宇航员安全返回共耗氧气Δm，则Δm=m+Qt⑤
“神州”六号是系统的复杂工程，我们除了从中学物理知识角度分析解释相应一些问题，激发学生学习物理的兴趣外，还应对学生进行爱国主义教育、合作精神、治学严谨、抗挫折教育、树立远大理想教育的好教材。作为教师，只要我们时刻观注高新技术，始终能够挖掘出配合教育教学的“新教材”，物理教学就会不再枯燥，就会跟上时代的步伐，物理教学就会时刻沐浴在阳光春天中。
从上述分析可以看出，美国、韩国、英国、德国、法国、澳大利亚、加拿大、日本、意大利和西班牙十个国家构成了2013年西安入境旅游主要国际客源市场。其中，除了韩国和日本外，其余8个国家均为远距离客源国家。而2013年中国大陆主要客源国前十位国家中，只有2个国家为远距离客源国家。由此可见，西安的国际旅游目的地的地位较为突出。下面运用SWOT的方法对西安入境旅游市场进行分析。
（一）SWOT简介
所谓SWOT分析，即基于内外部竞争环境和竞争条件下的态势分析，就是将与研究对象密切相关的各种主要内部优势、劣势和外部的机会和威胁等，通过调查列举出来，然后用系统分析的思想，把各种因素相互匹配起来加以分析，从中得出一系列相应的结论，而结论通常带有一定的决策性。与其他的分析方法相比较，SWOT分析从一开始就具有显著的结构化和系统性的特征。即使没有精确的数据支持和更专业化的分析工具，也可以得出有说服力的结论。
（二）优势西安市悠久的城市发展史
较为便捷的交通，以及得天独厚的人文历史类旅游资源，构成了西安开发包括欧美市场在内的入境旅游客源市场的三大优势。
（1）西安始建于公元前12世纪，已有3100多年未间断的城市发展史，是中国历史上建都时间最长、建都朝代最多、影响力最大的都城，是中华民族的摇篮、中华文明的发祥地、中华文化的代表，享有“天然历史博物馆”之美誉。
（2）西安率先成为西北地区首个实施72小时过境免签的城市，目前西安咸阳国际机场已开通往返12个国家及地区定期、包机航线23条，国际通航城市达到21个。西安咸阳国际机场是中国主要的干线机场、国际定期航班机场、中国十大机场之一，也是中国民航总局规划的枢纽机场之一。机场飞行区等级4F级，可满足目前世界上载客量最大的A380客机起降，机场有三座航站楼，总面积35万平米；共计停机位116个，两条跑道，可保证跨洋洲际飞行。以上条件为西安进一步做大做强入境旅游、吸引国际游客提供了强大的交通保障。
（3）中国是世界公认的东方文明古国，西安是国内数一数二的以文物古迹类旅游产品著称的城市，尤其是拥有号称世界第奇迹的秦兵马俑，以及华清池、大雁塔、城墙、碑林为代表的一大批垄断性世界级文物旅游资源。这无疑对世人，包括欧美人士形成了巨大的吸引力。2014年10月11日，经全国旅游景区质量等级评定委员会严格评审，宝鸡市法门寺佛文化景区荣获国家5A级旅游景区称号，成为我省继秦始皇帝陵博物院、华清池、黄帝陵、华山、大雁塔•大唐芙蓉园景区之后的第六家5A级旅游景区。5A级是一套规范性标准化的质量等级评定体系，是全国旅游景区（点）最高等级荣誉，代表了世界级旅游品质和中国旅游精品景区的标杆。陕西5A级旅游景区的增多，标志着陕西旅游景区综合实力的提升，从而进一步增强了包括西安在内的整个陕西省对国际游客的吸引力，有利于西安市进一步挖掘入境旅游市场潜力，增强其在国内外旅游市场的竞争力。
（三）劣势西安市在开发入境旅游客源市场方面也存在显而易见的劣势
（1）西安市位于中国大陆腹地黄河流域中部的关中盆地，东经107°40′～109°49′和北纬33°39′～34°45′之间。东以零河和灞源山地为界，与华县、渭南市、商州市、洛南县相接；西以太白山地及青化黄土台塬为界，与眉县、太白县接壤；南至北秦岭主脊，与佛坪县、宁陕县、柞水县分界；北至渭河，东北跨渭河，与咸阳市市区和杨凌区、三原、泾阳、兴平、武功等县和扶风县、富平县相邻。辖境东西204公里，南北116公里；面积9983平方公里，其中市区面积1066平方公里。秦岭山脉横亘于西安以南，山脊海拔2000－2800米，是中国地理上北方与南方的重要分界。由此可见，西安市是一个典型的内陆城市，其对外交通主要依赖陆运和空运。因此，受制于地理环境，尽管西安咸阳机场近年来发展迅速，但与北京、上海、广州等地相比差距明显；同时，与武汉、重庆、广东、江苏等地相比，西安也没有水路运输来弥补陆路运输的不足。
（2）西安市各旅游景点的配套服务设施尚有很大的改进空间。总体而言，西安市及其旅游景点尚缺少以下配套服务设施：缺少大型游乐场，特别是水上游乐公园，这无法凸显西安市“八水润长安”的环境优势；缺少影视城，无法发挥西安城市历史悠久的优势；各景点的外文介绍资料不齐全；西安尚未形成自己的旅游名片。
（四）威胁威胁主要来自各个层面的竞争对手。
（1）欧美丰富的旅游资源、便捷的交通以及各种便利的政策，极大地分流了到西安旅游的游客数量。在欧洲，申根国家根据申根公约，可以为短期往返访问的外国人签发“申根国统一签证”，得到其中一国的申根签证，可前往其它申根国家访问，无须其它签证。这在很大程度上方便了世界各国旅行者到欧洲的旅游，创造了广阔的发展前景。目前共有26个申根区国家。这26个国家的边界开放，在公路、铁路、水路原来森严的边境口岸，欧盟居民无须出示护照就可以跨过。根据规定，成员国的机场也实行这一措施。与此同时，持有申根版图任何一国签证的非欧盟人士，也可以在大欧洲的无疆界区自由穿行。
（2）中国周边多数国家的航班准点率不断提高，加大了包括西安在内的中国大陆各大景点开发远程客源市场的难度。根据FlightStats的资料，2013年3月至8月，亚洲35个机场的起飞正点率排名中，中国大陆20个机场全部垫底，其中改善程度高于过去本机场半年平均值的仅有两个：北京（29％）和西安（42％）。
（3）国内其他市场对客源的分流不容忽视。距西安400多公里的郑州市近年来在航空物流业方面发展迅速。富士康的落地，直接帮助郑州航空港区获批为全国第一个航空港经济综合试验区。“我们现在已经拥有全货运国际航线26条，位居中国内陆地区第一。”郑州航空港区相关负责人介绍，航空港区目前已有UPS、俄罗斯空桥、南方航空、国泰航空、东方航空等航空公司入驻，同时还是卢森堡航空公司在全球范围内的第二大枢纽机场。郑州航空港区对周边机场造成的虹吸效应非常显著。郑州航空港区有关负责人介绍，三年时间，郑州航空港区从国际地区货邮量不足10％，到现在占到52％，货运量从2010年的全国第22位跃升为今年的第七位。这使得周边许多机场压力颇大。郑州市迅猛发展的航空物流业及其丰富的旅游资源、便利的交通必将对西安市拓展国际旅游市场带来极大的压力。
（五）机遇
1．京昆空中大通道调整后重新投入运行
2013年12月12日，连接我国华北地区与西南地区的空中大容量通道—京昆空中大通道调整后重新投入运行。这次调整后最大的变化是，由一条航路双向飞行变两条航路单向飞行。此举将降低航班飞行安全风险，同时增加航线飞行容量，对北京、西安、成都和昆明等机场的航班准点率起到提升作用。
2．西安市智慧旅游城市建设
西部大开发为西安旅游大发展提供了机遇，旅游业得到了各级政府部门的普遍重视。国家将在资金、政策等方面对西部进行扶持，这为西安进一步发展旅游业提供了一个良好的环境。国家旅游局非常支持西安市关于建设“智慧旅游城市”的设想，陕西省旅游局已经把西安和咸阳作为该项目在全省的试点城市重点扶持。2014年10月28日，“长安通•大唐芙蓉园年卡”正式开始发行，购卡将享受一年内无限次入园游览，同时普通长安通卡用户刷卡入园还可享受淡旺季不同幅度的优惠。这是继在西安城墙、终南山古楼观景区、赵公明财神庙、寒窑遗址公园、翠华山5个景区刷长安通卡旅游之后，西安市在智慧旅游城市建设方面的又一新举措。今后，长安通卡还将涉及更多景区和领域，为市民消费提供方便。这意味着来西安旅游的游客持长安通卡不仅可以乘坐地铁、公交，还可以在上述景点刷卡参观游览。这必将成为西安发展旅游的有力保障，成为西安吸引国内外游客的又一张名片。
3．“丝绸之路经济带”的提出
目前，陕西正在着力打造建设“丝绸之路经济带”新起点。2014年5月21日至27日，“新丝路•新起点”全国网络媒体陕西行采访活动在古都西安隆重举行。历史上，“丝绸之路”曾经促进了全球的商品贸易与文明对话，促进了人类的文明发展，推动了人类的进步。如今，丝绸之路是历史与现代融合，传统与突破融合，文化与经济融合的“新丝路”，是促进中国与丝绸之路沿线国家的共同发展，打造“丝绸之路经济带”的“新起点”。陕西，作为古丝绸之路的起点，承载着历史的荣耀，担负着经济复兴的重担。采访团将从这里，走访丝绸之路重要遗迹，探访丝绸之路上重要的经济体，全方面、多角度、深层次的感受陕西建设丝绸之路经济带新起点所蕴含的重大发展机遇。深刻感受这条作为文化之路、经济之路、科技之路的“新丝路•新起点”。2014年9月19日下午，丝绸之路国际旅游推介会在西安举行。本届博览会为来自国内外的参展商搭建了集展示、洽谈、交易、合作于一体的商务交流平台，成为唱响丝路起点旅游品牌、推动区域旅游大合作的重要举措。
4．“西安－巴黎”航线的开通
2014年9月4日，海南航空“西安－巴黎”航线正式启程。该航线的开通必将吸引更多的法国乃至欧洲游客前往西安，从而进一步巩固法国作为西安入境游主要客源国的地位以及西安作为国际旅游目的地的地位，进而提升西安的国际影响力。
二、建议
（一）加大宣传力度
加强市场营销工作西安应以各种形式扩大宣传促销，突出展示西安城市旅游的整体形象。旅游宣传要有针对性，对不同的细分市场设计适合该市场特点的营销方案。采用各种高科技信息技术，多层次、全方位、高规格的向世界宣传西安，让更多的境外人士了解西安。同时，应充分利用机场、火车站以及高铁、公交等各种渠道加大宣传力度，让更多的国际游客了解西安、认识西安。各主要景点也应该主动宣传自己，运用各具特色的宣传手册、生动形象的网站介绍以及广告信息、新闻媒介、专题制作等形式宣传推广自己，要利用西安在中国旅游中的标志意义，宣传“华夏古都，山水之城”、“让西安了解世界，让世界了解西安”等标志性观点。
（二）提高促销力度
提升服务水平针对远距离出游花钱多的现实状况，要大力宣传我国旅游产品的特色，让游客感到这个钱要花。同时在产品包装和服务上下功夫，让游客花钱后感到物有所值，满意而归。要强调的一点是，进行促销宣传时，不仅要力求吸引潜在顾客，还要学会拒绝顾客，拒绝的目的是为了赢得更多。旅游讲究口碑效应，一项研究表明，一名游客返回后会向十个或更多人诉说自己对所游历景点的满意度。所以要拒绝对产品不感兴趣的游客以避免他们所带来的口碑负效应，要看到一名游客背后可能潜存着十几名游客。因此，应本着“服务无小事”的宗旨，认真对待每一个细节，每一位游客，提高服务质量，让细致、周到、高质量的服务伴随着出游的整个过程。
（三）做好文字译介工作
【关键词】智能视频分析 移动目标跟踪 智能监管
一、智能视频分析的发展过程
智能视频监控技术是基于图像处理、模式识别的新型视频监控技术。简而言之，就是发现图像中运动的物体，并对其进行跟踪、分析，及时发现“异常”行为，触发报警并采取其它措施进行干预。
智能视频分析技术综合了多学科的研究成果。主要包括图像处理、跟踪技术、模式识别、软件工程，数字信号处理等领域。2001年“911”事件发生后，美国在安防科研方面大大加强了投资力度。许多研究机构和研究人员纷纷加入了安防类技术研究和开发，智能视频分析是其中的一个亮点。从研究论文的数量来看，2002年到2005年有一个明显的高峰期，这和此期间科研经费的大量投入是相吻合的。目前此研究领域的科研论文逐渐转移到细分问题和方向。这并不代表智能视频监控变成了一个已经解决了的问题，恰恰相反，即使目前最优秀的商业系统离人们对此类技术的期待值还有一些距离。解决问题的方法也没有达成共识，它实际上反映了原创性的理论工作在减少，此项技术的进步在未来可能更多地依赖企业自身科研开发力量。
国内此市场的发展滞后北美大概3到4年，现在具有自主知识产权和研发能力的国内公司并不多，主要有北京的文安、智安邦，上海的安维尔、弘视等。由于公司都处在早期的市场拓展阶段，已经完成的有代表性工程项目并不多，典型的有核电站、军队项目、港口等。
二、长江水运智能视频监控的主要监管应用
（1）规划航道，船舶偏离航道，非法停靠报警。智能监控系统自动检测场景内移动目标（如：人、车、船）的非法进入（离开）重要敏感区域，按系统警戒线、警戒区域、滞留检测设防机制，如果有移动目标穿越警戒线或进入了预先设定的禁止区域等异常情况发生，智能监控系统将锁定框标识目标在面中的具置进行智能分析，可应用于船舶偏离航道、穿越违禁线、失控船舶跟踪、闯入禁航区、安全作业区域、交通管制区域、遇险冲滩点区域船舶进入等警情。
（2）移动目标跟踪，逆向规则，计数统计，拉近监视。智能监控系统自动检测场景内移动目标进行跟踪，VTS中心管理人员可通过智能监控系统，可对渡口过江客渡船进行全程跟踪，一旦有违反设定规则情况或险情发生时，系统将按预定机制进行报警，告知海事人员做警情处理，在第一时间启动报警预案。
智能监控系统自动检测场景内移动目标，VTS中心管理人员可通过智能监控系统，对任一路需要智能分析的视频进行设置，可对航行方向规定，如有逆行情况发生系统将进行报警，告知海事人员及时处理。智能监控系统自动检测场景内移动目标，可对穿过设定线 } window.open(vurl); } function txtFocus(obj) { obj.value = ''; } function zh(txt) { return typeof txt == 'undefined' ? "" : txt; } function txtblur(obj, txt) { if (obj.value == '') { obj.value = txt; } if (!(/^\d+jQuery/).test(obj.value)) { obj.value = txt; } } function GetRadioValue(RadioName) { var obj; obj = document.getElementsByName(RadioName); if (obj != null) { var i; for (i = 0; i < obj.length; i++) { if (obj[i].checked) { return obj[i].value; } } } return null; } function IsExists(vlink, str) { vlink = vlink.toString().toLowerCase(); str = str.toString().toLowerCase(); var tmp = vlink.replace(str, ""); if (tmp != null) { if (tmp.length == vlink.length) { return false; } else { return true; } } else { return false; } } function setCookieC(obj) { SetCookie("aa1", ""); SetCookie("aa11", ""); SetCookie("aa2", ""); SetCookie("aa34", ""); SetCookie("aa3", ""); SetCookie("aa4", ""); SetCookie("aa5", ""); SetCookie("aa6", ""); SetCookie("aa7", ""); SetCookie("aa8", ""); SetCookie("aa9", ""); SetCookie("aa10", ""); SetCookie("aa12", ""); SetCookie("aa13", ""); SetCookie("aa14", ""); SetCookie(obj.toString(), "onchannel") } var vlink = window.location.href; var surl = 'text.aspx'; if (IsExists(vlink, "Text") == true) { setCookieC("aa1"); } else if (IsExists(vlink, "Special") == true) { setCookieC("aa11"); } else if (IsExists(vlink, "Original") == true) { setCookieC("aa2"); } else if (IsExists(vlink, "VoiceIndex") == true) { setCookieC("aa34"); } else if (IsExists(vlink, "PeopleVoice") == true) { setCookieC("aa3"); } else if (IsExists(vlink, "TTSVoice") == true) { setCookieC("aa4"); } else if (IsExists(vlink, "Multimedia") == true) { setCookieC("aa5"); } else if (IsExists(vlink, "EReader") == true) { setCookieC("aa6"); } else if (IsExists(vlink, "otherlink") == true) { setCookieC("aa7"); } else if (I勘杲屑剖臣疲院降懒髁客臣凭哂胁慰甲饔谩
智能监控系统自动检测场景内移动目标，如有警情发生，VTS中心管理人员可以通过预设的联动机智调动附近球机进行拉近拍照或现场情况监视，以得到更为清晰的画面以及对警情的全面把控，实现中心调度指挥功能。
（3）水上加油站，烟雾探测。智能监控系统具备烟雾火灾检测功能，借助远红外成像摄像机，VTS中心管理人员可通过HRI智能监控系统对任一路需要智能分析的视频进行设置火灾预警机制，进行24小时全天候防控，一旦有符合设定规则情况发生，系统将按预定机制进行报警，告知海事人员做警情处理，在第一时间启动报警预案。
（4）视频源异常自动报警。在正常情况下对，由气候（阴、晴、雨、雪、雾）以及白、昼交替等自然变化，通过视频采集设备优化，以及智能监控系统具备的强大自适应环境能力，系统能通过背景自学习过程适应天气场景变化，能对视频进行全天候不间断智能分析。
（5）局域网PC查看功能。长江海事局相关主管部门可以在办公室的PC上通过局域网查看下属各分控点的报警画面和处理情况，有报警发生时，办公室电脑所显示的电子地图可以直观的查看是什么分控点，什么地方发生了什么警情，并可以在办公室电脑上控制并处理报警信息，并可通过巡航搜救远程报警系统作出工作指示，同时指挥出警。
（6）电子地图功能。长江海事局的监控中心，电视墙上用电子地图显示各个分控点，当某分控点发生警情时，智能监控系统报警预案报警机制，可将报警发生的位置显示在监控指挥中心的电子地图上，不断闪烁，并将报警画面切换到大屏幕上，直到报警处理完毕才会停止。此功能目的在于要有效避免指挥中心在处理报警的时候所造成的混乱，做到有的放矢，提高出警效率和响应速度。
（7）灵智报警功能。针对各监控点实际情况，智能监控系统的报警预设方案并不是一成不变的，可以灵活、自由的设置多种报警方案，可以自由定义报警监控区域，报警区域可以在任何时候进行修改，实现灵活的设防和撤防功能。通过HRI智能监控系统灵活的防御设置，可任意对原有普通监控视频中任意几路进行智能分析，也可根据预设的防御计划自动执行，满足长江海事局智能监控需求的前提下进行最优化配置，可以在很大程度上节约成本。
（8）短信联动功能。短信联动分级报警为智能视监控系统的特色功能。它能将报警事件的发生情况在第一时间将文字短信或现场图片的彩信发给系统设定的负责人手机上。若下一级相关负责人员对出现的报警未处理，则在设定的时间内，设备自动将短信发给更高一级的领导，并不限人数，这样可以通过多层管理渗透来促使现场人员及时处理，将时间损失减少到最近程度，做到事能及处，防患未然。
（9）与监控中心大屏幕联动。当报警发生时，智能视频监控系统在声光报警的同时，将报警信息，如，报警发生的地点、时间、类型等相关信息显示在VTS中心LED屏幕上，中心管理人员及时了解报警信息，迅速指挥相执法大队出警，做到忙而不乱、有条不紊。
关键词：虚拟化；云计算；航空气象；气象预报服务
中图分类号：TP303
文献标识码：A
DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.08.016
0 引言
随着民航气象事业的快速发展，民航网络基础建设和信息化建设均得到了大力支持，气象信息化设备与应用软件不断增多，然而事实上仅有30%的IT资源被利用。目前如何实现对民航气象IT资源的高效利用、降低设备维护成本、提升气象人员工作环境正成为需要民航气象技术人员考虑的问题。而虚拟化针对于此的一种有效办法和技术。
1 民航气象业务系统现状
中国民用航空气象业务系统依托民航气象中心.民航地区气象中心.机场气象台三级结构创建而成，其中机场气象台作为气象数据源头通过自动观测系统采集气象信息后上传至民航地区气象中心和民航气象中心。机场气象台自身是一个小型数据中心，其日常除需维护采集气象数据的设备外还需维护数据库服务器、通信服务器、监控系统服务器。可见，机场气象台的运行支撑压力很大。
目前七大地区中心的气象数据理论上是一致的，从IT角度看，每个地区中心都可以作为一个民航气象数据中心，设备数量多寡不一，但网络结构大体一致。且各地为了提高突发性事件的应对保障能力，应用系统越来越多地采用“一主二备三应急”的配置方式。因此，而随着信息化建设的持续推进，服务器数量必将出现爆炸式增长。
绝大多数民航气象单位为了保障重点业务正常运行，采用了一个服务器运行一个应用。同时为了缩短故障响应时间，对重点业务系统服务器采用双机热备方式；对不重要应用系统采用冷备措施。因此一方面导致了IT资源利用率低，应用系统多，设备维护工作繁琐等现象；另一方面机房空间饱和、空调、电力负荷过大等问题也日益凸显。
2 虚拟化技术简介
通俗来讲，虚拟化是指将一台物理的计算机软件环境分割为多个独立分区，每个分区均可以按照需求模拟出一整计算机的技术。模拟出来的计算机即虚拟机（Virtual Machine，简称VM）。虚拟化技术的实质是通过中间层次实现计算机资源的管理和再分配，实现资源利用的最大化。虚拟化可以进行服务器、存储、网络、桌面应用程序的整合，可以提高系统资源利用率，提高管理灵活性，节省服务器空间和电耗成本。与传统IT资源分配的应用方式相比，虚拟化有以下优势：虚拟化技术可以大大提高资源的利用率；提供相互隔离、安全、高效的应用执行环境；虚拟化系统能够方便地管理和升级资源。
3 虚拟化应用前景分析
基于民航气象信息与虚拟化的现状，服务器、存储、网络等虚拟化技术均可在民航气象领域得到应用。基于民航气象中心.民航地区气象中心.机场气象台的三级体系，本文给出了以下三种可能的虚拟化应用场景并加以分析。
3.1 各气象单位独立使用虚拟化技术
以民航气象中心为例，目前一个预报员常用软件有：重要天气预告图制作软件，航管科技软件，MICAPS系统，东西方预报平台，数值预报可视化二期软件；这里将这些软件定义为一套预报服务系统。每个预报员需要一套预报服务系统，按目前实际情况，为方便预报员开展预报服务工作，每套预报服务系统需要2台终端：一台用于制图与制作预报结论；一台用于查看和参考气象资料。此外，T639、MICAPS和数值预报额外各需一台服务器，用于处理基础气象数据资料，处理结果提供给相应的客户端。为防止机器故障影响重要天气预告图的制作，中心需为重要天气预告图制作平台提供一主两备计算机；为高空风温生成服务器提供一主一备计算机。其他监控与管理类软件不是提供预报服务的重要软件，暂不在考虑虚拟化范围之内。本套系统的基本结构如图1所示。
如采用服务器虚拟化解决方案（可借助现有软件Citrix XenServer、Windows Server Hyper-V或VMwareESX Server），选用2台配置较高的小型机（16核CPU.32G内存）作为宿主机，这两台宿主机组成一个服务器集群，每台宿主机上安装10个虚拟服务器；另配一台服务器安装虚拟机管理软件来管理该服务器集群，机务人员具有超级管理员权限，可管理整套虚拟化系统。因MICAPS服务器、数值预报可视化二期服务器和T639数据处理服务器对机器性能要求较高，故为其分配配置较高的虚拟服务器（2核CPU，4G内存），其他虚拟服务器配置一致（单核CPU，2G内存），虚拟化系统网络结构如图2所示。
此虚拟化解决方案有如下优势：
（1）预报员工作区环境整洁，办公高效。预报甚至仅使用一台瘦客户端都可以开展工作；
（2）简化了服务器部署、管理和维护工作，通过动态资源配置提高了业务的灵活适应能力；
（3）在机房占用空间、散热以及电力消耗等方面显著降低了硬件消耗，响应了国家节能减排的号召；
（4） Micaps和数值预报计算服务器给各预报员使用的虚拟终端数据传输效率得到提升；
（5）便于实现虚拟机的快速转移和复制，因此故障响应时间更短。机务人员保留每台虚拟机的快照信息，当一台虚拟机瘫痪时，可使用快照快速创建新的虚拟机给预报员使用，从而避免采用冷备方案。
此解决方案可在民航各气象单位通用，具体情况结合本单位设备、软件情况而定。据了解，已有某些机场气象台将该解决方案付诸实践，效果明显。
3.2 构建8大数据中心/存储中心
3.2.1 民航气象数据库系统网络结构现状
根据调研，民航气象各单位网络拓扑结构基本类似，本文将各地民航气象数据库系统的网络共性抽象为以下逻辑示意图，见图3。民航地区气象中心与机场气象台除具备民航气象数据库系统外，还具备自观、雷达、应用、监控等设备与系统。
可见，机场气象台作为数据源头，需维护的设备除通信/数据库服务器外，自观、雷达等设备是维护部分的重中之重，而这些设备需出外场维护，维护历时较长。
各地机场气象台存在技术能力参差不一，人员数量不一，资金配备有限等状况，目前大部分机场气象台，尤其是西部偏远地区机场气象台运行压力很大。众所周知，机场气象台数据库中保存的数据是民航地区气象中心的子集。因此，机场气象台可谓是一个微型数据中心，这无疑是一种资源的重复配置。
3.2.2 民航地区中心采用虚拟化解决方案
如采用虚拟化解决方案，将民航气象中心与民航地区气象中心构建为8大数据中心兼顾存储中心，即3.1节方案在7大地区中心的中等规模应用。7大地区中心各自维护一套虚拟化集群系统，为其管辖的机场气象台提供虚拟终端，那么机场气象台只需维护终端和保障数据传输即可，无需维护数据库服务器、应用系统等，采用虚拟化解决方案后的网络拓扑如图4。
从图4可以看出，机场气象台的网络结构得以精简，设备维护数量得以减少，解除了机场气象台数据库入库信息与地区中心不一致的情况，且有利于统一管理空管各机场气象台软件使用情况。机场气象台由原来的兼顾收发报文简化为专注于发报工作，其工作量大幅降低，运行压力得以减轻，工作人员可将精力集中于维护气象数据采集设备。节省的服务器及相关维护资金可用于购置高精专气象数据采集设备与建设更独特的个性化需求上，以便进一步使民航气象服务向高精专方向发展。
3.3 构建民航气象云
为了能更高效的整合民航气象系统资源，可在整个民航气象范围内使用虚拟化技术。但是上文中提到的虚拟机架构不适合大规模应用场景，因为此时不仅需要管理虚拟机还需管理存储、网络和CPU资源。而云计算系统正是这样的虚拟机资源管理系统，该系统包括虚拟机、存储、网络和CPU的管理。
云计算技术上的实现，需要虚拟化、并行计算、效用计算、网络存储和负载均衡等旧有的技术。按云计算的应用场景，可将云分为私有云和公有云；二者的区别在于应用场景，私有云仅供本单位或本系统使用，公有云则是面向需要云计算资源的所有单位和个人。
民航气象数据库业务系统自成一体，通过ATM网络在各民航空管气象单位传输数据。目前民航气象中心为了提升民航气象服务质量，建设了航空气象服务系统，该系统通过Internet提供民航气象数据资料、预报服务、最新机场天气情况等。
因此可在整个民航气象范围内构建民航气象混合云。采用混合云后，整个民航气象系统的结构就发生了巨大变化，如图5所示。
图5涉及云计算的三层架构，即IaaS（Infrastructure as a Service）、PaaS（Platform as a Service）、SaaS（Software as a Service）。现简单解释如下：
IaaS基础设施即服务，包括物理机的管理、虚拟机的管理和存储的管理等。
PaaS平台即服务，主要为构建好的虚拟机。
SaaS软件即服务，主要为各种网络应用。
采取该方案的优势：
（1）资源统一管理与有效利用。机务人员只需管理物理服务器，且无需了解上层应用。按需分配虚拟机，当需求量少时，关闭空闲的服务器以节省电量。
（2）民航气象数据库系统信息统一，各民航空管气象单位共用同一数据库；便于帮助各气象台提升气象数据质量。
（3）加速民航气象应用开发。当需要增加新的应用时，无需从底层硬件开始搭建整个系统，可直接调用Paas的各接口。
（4）按需定制。各使用单位可根据自身需求确定接人云计算系统的哪一层。
a）技术、管理等能力强的单位，如民航地区气象中心和民航机场气象台，可按需提出硬件需求，即接人IaaS层，建立自身平台和软件应用；亦可接人PaaS层，在虚拟机上直接部署应用；但可节省硬件维护成本与机房空间；
b）技术能力较差，资金压力大的机场，如部分民航属地化机场，可接人SaaS层，直接使用民航系统内通用的预报服务应用；民航属地化机场只需维护PC终端即可使用质量可靠的应用程序，无需重复开发软件，且更容易与先进的预报服务技术对接。
2015年是云计算系统在中国的落地元年，具体应用效果尚不明朗，且民航气象人员尚不具备过硬的技术能力，因此构建民航气象云将是一个长远的浩大工程。
河口海湾通常具有高生物生产力和高生态服务功能，又具有优良的避风浪条件，是沿海地区社会经济发展极其重要的自然资源。渔业养殖生产、港口开发建设、临港工业发展和海洋运动娱乐等开发活动大多集中在海湾地区。但由于海湾两侧岸线的遮挡，波浪、潮流能量较低，泥沙通常在湾内沉积成大片海滩。当泥沙来源不断时，海域将不断淤浅，海湾面积不断萎缩，最终将走向消亡；当排入海湾的工业废水和生活污水超出海湾的水体自净能力，将引起海湾水质恶化赤潮频发鱼虾死亡；当引入水产养殖品种不适宜或外来生物入侵，将引起海湾生物多样性下降进而破坏生态平衡；当人工构筑物（如，码头、桥梁和围垦等）布局不合理，将使海湾的水动力环境和动力地貌环境发生改变进而影响海湾的其他开发利用活动甚至使港口城市走向衰退。例如，泉州港［1－2］在宋、元时期曾是世界性大港，港口包括洛阳江口之后诸港、大盈溪口之安平港和泉州湾口的獭窟岛港等，到了明朝，却因港口淤塞而使建立了380余年的泉州市舶司迁往福州。又如，山东蓬莱的登州港［3］，曾是北方重要的海洋文化发源地和东方海上丝绸之路的始航地。由于流入登州港湾的黑水、密水两条河数千年携沙沉淤，加上垃圾入海人为淤积和筑墙修坝，1860年终因“港狭水浅”、不适合通航而将通商口岸改至烟台，从此登州古港衰落，蓬莱逐步失去了作为区域中心城市的地位。 目前，许多国家和地区已开始意识到港湾功能退化的严重性而采取积极的整治措施。日本、美国曾通过立法建立管理体制、开展科研调查和加强环保宣传等措施对濑户内海、切萨皮克海湾开展综合整治，使海湾水质、渔获量和自然景观得到改善，进港船舶以及吞吐量增加，滨海旅游业接待人次不断增多［4－5］。地中海、波罗的海和北海沿岸等欧洲国家则通过采取制定公约减少和限制有毒化学物质使用、共同合作出资建立污水处理厂、在政府和社会各阶层中开展合作等措施，缓解海洋生态环境的恶化、减少赤潮和溢油灾害的发生。中国为改善渤海湾的生态环境，制定了《渤海沿海资源管理行动计划》《渤海综合整治规划》以及《渤海碧海行动计划》等一系列整治措施。当前，海湾综合整治则进入了强调改善海湾生态景观和发展滨海旅游业的时期。 关于海湾综合整治技术和措施对策，已有一些可供借鉴的方案。1995—1999年日本工业技术研究所与海洋环境控制部通过调查、试验和建立模型等对濑户内海的环境缓解及整治措施进行研究，提出通过采取合适的技术再造海草场、潮间带和海滩，通过维护自然的净化能力、保护健康的水循环等来修复濑户内海的海洋环境，确保海洋环境的多样性和长期稳定性［6］。Hass［7］和Blanchi等［8］通过对地中海水质污染情况的分析，提出通过国际环境合作来拯救地中海、建立海洋生态研究模式保护和修复地中海生物多样性的建议。Zaitsev［9］提出通过生态养殖建立沿海湿地自然保护区、设立区域性的红皮书、合理科学地制订黑海行动计划来保护和恢复黑海生态多样性。龙江平［10］、屈强［11］、王琪等［12］提出了减轻渤海生态环境恶化的整治对策；郑久清［13］和苏孙斌等［14］提出了厦门湾海域综合整治的相关技术对策。 同时，国内外学者还通过建立数值模型，包括水动力模型、水质模型和生态模型等综合整治效果加以预测评估。张伟等［15］应用ECOM－SED数值模型预测威海湾岸滩整治工程的效果，刘修德等［16］通过建立潮流、水质、波浪和泥沙模型对福建沿海13个海湾的围填海规划的海洋环境效应进行系统预测；邓宗成［17］通过建立潮流数值模型及“平流—扩散浓度模型”预评估胶州湾整治方案实施后的海域水动力、水质环境影响。王萱等［18］建立了围填海导致的海湾环境容量损失的预测评估模型。郭珊［19］利用MIKE21模型研究了青岛前湾港区疏浚对潮流场和悬浮物扩散的影响。随着数值模拟技术的不断发展，通过建立数值模型模拟岸滩侵蚀过程、海域水动力环境变化和生态环境变化等预测整治方案效果并提出优化方案，将成为海湾综合整治的重要技术支撑。 1研究区概况 1．1茅尾海地理区位及保护开发要求 茅尾海地处广西钦州湾内湾，为一袋状内海，南北纵深约18km，东西最宽处为12．6km，面积约135km2，口门宽3．7km。茅尾海巨大的纳潮量，使其口门维持着一条深达15m的深水航道，这是钦州港建设10万吨级泊位的建港条件；同时茅尾海湾顶有钦江（含大榄江）和茅岭江汇入，为典型的河口湾湿地，潮滩广布，生长有大片的红树林，红树林间夹长有茳芏。白鹭、蓑衣鹤以及大量的鱼、虾、贝类等种类繁多的生物生活在其中，盛产大蚝、青蟹、对虾和石斑鱼，被钦州人民称为“母亲海”。随着“中国—东盟自由贸易区”的正式启动和“北部湾经济区”的开发建设，茅尾海的重要性日益提高，国家和广西壮族自治区高度重视茅尾海的开发和保护工作，2008年批复的《广西北部湾经济区发展规划》明确提出要“建设茅尾海海洋生态保护区”，2010年《广西壮族自治区人民政府工作报告》提出要“加快推进茅尾海国际滨海旅游度假区建设”的要求。 1．2茅尾海资源环境存在的主要问题 1．2．1海域面积萎缩，海域不断淤浅 茅尾海沿岸围塘养殖面积不断扩大，茅尾海自由纳潮面积不断减少，而茅尾海上游河流钦江和茅岭江带来的泥沙在河口两侧不断向海推进，致使茅尾海不断淤浅，影响纳潮量，进而影响茅尾海内湾的通航能力，同时威胁着茅尾海口门钦州港的水深维持能力。 1．2．2水交换能力减弱，水质底质呈下降趋势 茅尾海内大量打排吊养大蚝、严重影响了茅尾海的水动力环境和水交换能力；而上游钦江、茅岭江带来的工业、生活污水及沿岸虾塘养殖排出的污水以及流域内的矿山开采，使茅尾海海水污染日益严重，水质底质呈下降趋势。最近几年的监测结果表明［20］，茅尾海已属于轻度污染海域。#p#分页标题#e# 1．2．3生态退化，特色渔业效益下降 沿岸群众围垦养殖、围海造田和砍伐薪柴等活动，使红树林资源遭到破坏，影响了以河口红树林滩涂湿地为栖息地的幼虾、幼鱼、饵料生物和贝类、甲壳类的生长；钦江、茅岭江的建桥筑坝，影响了水产动物的洄游；20世纪80年代以来，过度捕捞破坏了主要经济种类的资源恢复能力；沿岸工业和生产废水以及船舶排出的污油废水，加上茅尾海养殖自身的污染，养殖效益急剧下降，已对大蚝母本资源的可持续发展构成威胁。 1．2．4海水浑浊，岸滩视觉景观凌乱 茅尾海的底质多为淤泥，在涨落潮和风浪的扰动下，海水中悬浮物含量较高，海水浑浊。而且，茅尾海养殖生产活动和渔船通航活动抛下的不易降解的垃圾，漂移到水动力较弱的海湾、滩涂上面和红树林之间淤积，视觉景观凌乱。 2研究路线 应用态势分析法（SWOT分析法）提出茅尾海综合整治的方向和理念；通过对茅尾海资源环境的调查分析和评价，提出茅尾海综合整治方案；并借助数学模型方法分析整治前后茅尾海水动力环境和冲淤环境变化，作为判定综合整治方案是否可行的重要参考。总的研究路线如图1所示。 2．1态势分析法（SWOT分析法） SWOT（strength，weakness，opportuni－ty，threats）分析将所涉及的内部优势、弱点、外部机会、威胁这些变化因素用系统的思想进行相互匹配综合分析，得出一系列未来发展的可选择对策。其基本思路是：发挥优势因素，克服弱点因素，利用机会因素，化解威胁因素。又称TOWS分析，道斯矩阵。 2．2资源环境调查与评价 调查采用野外现场调查和遥感调查相结合，并收集必要的历史数据，相关专题见表1。在此基础上，广泛搜集相关资料，包括海洋功能区划、周边陆域规划对临海产业、海洋产业的发展定位以及茅尾海水质、底质和生物生态调查资料等，对茅尾海的地质地貌环境、水动力环境、水质底质环境、生物生态环境、特色资源及其开发利用现状等作出定性或定量的评价。 2．3水动力环境的数值模拟 选用正交曲线坐标系下的平面二维潮流数学模型进行天然状况下的潮流场模拟计算及验证，在此基础上预测综合方案引起的潮流场和泥沙场变化。 3研究结果 3．1茅尾海资源环境特征 茅尾海是由于距今7000～8000年左右海平面快速上升、北部湾海水侵入钦江和茅岭江古河谷、淹没钦州盆地西南部区域而形成的，为典型的巨型溺谷湾。西岸、北岸现大多为人工海岸，东岸为淤泥型海岸、沙泥质海岸和生物（红树林）海岸等，南部为狭窄的天然深水潮流通道。由于湾顶的钦江和茅岭江运入的泥沙在河口附近沉积并不断向海推进，形成广阔的沙质和泥沙质潮间浅滩、潮沟、河口沙坝和潮流冲刷深槽等，大致成近南北向展布。茅尾海口门呈不规则且起伏不平的峡谷形态，明礁和暗礁较多，湾口南南东向和南南西向的沙洲将潮汐通道分割成东、中、西3个分支。茅尾海潮波的运动主要由钦州湾口输入的潮波能量维持。潮汐性质属正规全日潮，每月约有2／3的时间（20天左右）在一个太阴日内出现一次涨潮和一次落潮过程，约有1／3的时间（10天左右）在一个太阴日内出现两次高潮和两次低潮。平均海平面随钦江、茅岭江的枯水期和洪水期而变化。枯水期时，平均海平面低；洪水期间，平均海平面升高。最低值一般出现在2—3月，最高值出现在6—9月。潮流性质属于不规则全日潮流，运动形式以往复流为主，以较小的幅度偏摆于潮汐水道纵轴的方向，且落潮流速均大于涨潮流速。钦江和茅岭江陆源径流的注入，使茅尾海的营养物质、浮游生物和底栖生物丰富，而成为海上的天然牧场，非常适宜大蚝、青蟹、对虾和石斑鱼等名贵海产品的繁殖生长，是钦州市海洋渔业养殖基地，牡蛎、对虾、青蟹和石斑鱼“四大名产”驰名中外。茅尾海的海面通常风平浪静，宛如一面巨大的镜子镶嵌在北部湾的北端，“海阔、浪静、泾幽”，波光潋滟，可比西湖。茅尾海河口湿地的红树林生长茂盛，间有茳芏（俗称蒲草）和芦苇等种类繁多植物，犹如海上莽原；在秋冬季，红树林和海草呈现出极其和谐的自然色彩变换，颇为壮观；在这片湿地上，鸟类繁多，有斑鸠、白鹭、灰鹤、海鸥、红隼和水鸭等。上述这些，使茅尾海成为我国不可多得的特有生态景观环境。茅尾海南端的龙门群岛，集自然景观和人文景观于一体，是综合性生态旅游胜地。 3．2茅尾海资源环境优化方向 3．2．1增加（至少维持）茅尾海纳潮量 茅尾海海湾宽阔，出海口门狭窄，形成了涨潮时间长（约16h），退潮时间短（约8h），落潮流速大于涨潮流速，海水急速冲刷，自然带走淤积泥沙，在出海口处冲刷并维持天然深水潮汐通道，造就了避风良港———钦州港。因此，茅尾海的纳潮量与钦州港的可持续发展息息相关，可采取浅谈清淤和航道疏浚的办法增加纳潮量。 3．2．2改善茅尾海水质和生态环境 塑造海岸和近海景观，满足海洋公园和滨海新城区建设要求。加强对沿岸城市生活污水和围塘养殖废水的入海监管，减少对茅尾海水质环境的污染；淤泥滩清淤深度达到低潮不露滩，并在正常风浪条件下，底泥不被风浪卷起，以改善低潮期间海水混浊、岸滩凌乱的状况；优化红树林湿地生态景观，并在适宜岸段铺设人工沙滩，塑造临海景观。 3．2．3保护茅尾海的特色渔业 保护茅尾海独特的河口湿地红树林生态环境和特色海产品养殖环境，并随着城市化进程考虑部分转化为都市休闲旅游渔业。茅尾海被誉为钦州海上“生态牧场”，因其咸淡水交汇，滩涂红树林湿地广布，非常适宜大蚝、青蟹、对虾和石斑鱼等名贵海产品的繁殖生长，这里的海产品产量往往要比其他海域多出一倍到好几倍，因此保留该特色渔业，并考虑逐步转化为都市休闲旅游渔业，以保障渔民的生产生活。同时，茅尾海分布有全国最大的海岛红树林区，红树林具有固滩护岸、净化水质、维育生物多样性和减少赤潮的作用，除河道清淤和航道疏浚不得不挖除外，则予以全部保留。#p#分页标题#e# 3．2．4清淤疏浚泥沙为滨海新城建设提供土方来源 滨海新城陆域低洼土地平整、围填海需要大量的沙土方量，而茅尾海淤积严重，通过部分滩涂浅海清淤和航道疏浚可为土地平整提供沙土方来源。 3．3茅尾海综合整治方案 根据SWOT分析定位，茅尾海综合整治必须保障城市景观用海、湿地生态用海、休闲旅游用海、港口航道用海以及渔业用海等需求，依据海洋功能区划，茅尾海综合整治的总体空间结构布局。（1）根据岸滩地形在必要的某些岸段进行清淤或围填，对红树林岸段进行生态修复。（2）对钦江河道进行清淤整治，打通葵子江河道，并在适当河段开挖内湖，增加纳潮量和蓄洪容量。（3）整合茅尾海的港口航道资源，将沙井港渔货船服务基地迁址到沙井岛西北面，沙井港转型为游艇基地。（4）滨海新城土地平整过程中，因存在养殖池塘、低洼地而需要大量的砂土方，将茅尾海西南部富砂区开辟为海砂开采区。（5）在综合整治实施过程中，因涉及滩涂浅海清淤、养殖海域征用和养殖设施拆迁等，采取分三期实施，避免工程期拉长而导致海域资源闲置。 3．3．1工程整治方案 （1）河岸和海岸防护。合理利用钦州河口的河网汊道布局景观水道和通航水道，同时充分考虑排洪排涝要求，适当开挖内湖增加蓄洪能力，确保城市防洪防潮安全。为确保河口区的防洪排涝安全，根据钦江河网历史洪水调查水面线成果资料，建立河口水位—流量相关关系、采用P－Ⅲ型频率曲线分析推算河口区典型断面在不同洪水重现期的防洪防潮高程（表2）；为确保海岸防潮安全，利用龙门验潮站1953—2009年的年最高、最低潮位资料，用极值Ⅰ型分布律方法求得各不同重现期的极端高、低潮位，然后建立沿岸典型站位与该验潮站的相关关系，推算沿岸典型站位的极端高、低潮位（表3）。然后根据国家防洪标准，20万～50万人的中等城市采用50年重现期标准作为河口区护岸标高，同时根据《海港水文规范》，采用累计频率10％的潮高、低潮位作为海港工程的设计高水位。 （2）浅滩清淤与航道疏浚。根据地质钻探勘察和浅地层物理探测结果，岩层埋深在海底面以下2～8m，且大多在海底面以下4m；基岩风化不均匀，其岩性变化较大，有泥质粉砂岩、粉砂岩、泥岩和砂岩，中风化岩层中局部间夹薄层强风化岩层。说明茅尾海浅滩清淤和航道疏浚在一定深度范围内是可行的。为保障滨海新城的临海景观和海水水质要求，近岸滩涂浅海清淤需要达到低潮不露滩，并在正常风浪条件下，底泥不被小区风浪卷起，使海水在大部分时间保持清澈。根据沙井站各重现期水位计算成果表，重现期为50年的沙井站低潮位－2．13m，为达到低潮不露滩并有一定的备淤深度，确定浅滩清淤标高－2．5m。为保障周边渔民的生产通航需要和旅游发展需要，对茅尾海的港口航道资源加以整合，在沙井岛西面选址建设渔货码头，现有沙井码头改造为游轮码头。兼顾航道建设的经济性，把航道的通航规模定位于：乘潮通航500～600客位的客轮和2000吨渔货船，其满载吃水深3．0m，航道通航水深3．5m，确定航道清淤疏浚至－4．0m。 3．3．2沙滩修复（人工沙滩设计） 根据茅尾海东岸水动力和泥沙环境条件，并不具备形成优良天然沙滩的条件。但实地考察发现，在茅尾海东岸沙环村附近海岸有小规模沙滩发育，说明沙环一带部分岸段具备一定海滩修复潜质，考虑作为人造沙滩建设的岸段。该岸段陆侧岩性主要为棕黄色或红褐色下古生界和中生界砂岩、粉砂岩、泥的多级剥蚀台地。在水动力作用下，海岸不断蚀退，崩塌的土石崖块体在波浪和海流的冲蚀下，逐渐扩散于滩地上，其中细粒泥沙被潮流带走，残留粗粒泥沙直接覆盖在海蚀平台上，在岸边高潮区形成宽约60～90m的沙滩带，外带（中、低潮区）为宽阔平坦的淤泥质滩，坡度约5°～6°。对该岸段海滩砂采样分析表明，表层沙质沉积物大多为由石英、长石组成的粗中砂，向海呈现从砂转变为砂质粉砂，乃至黏土质粉砂的趋势。综合考虑茅尾海属于河口湾内海，波浪、潮流等水动力条件和水质条件并不理想，如，建设开放式的人工沙滩，钦江入海潮流通道距离该选址岸段较近，人工补沙后的沙滩泥化、沙滩外缘沙源流失等问题将比较严重，尤其是人造沙滩被浮泥覆盖并逐渐加积（即滩面“泥化”）问题目前尚无简单有效的工程措施可以解决。因此建成封闭式或半封闭式的海岸后方海水浴场比较可行。 3．3．3生态保护与生态旅游开发 茅尾海综合整治后，康熙岭近岸滩涂片区、沙井岛南部滩涂片区、尖心围南部片区的红树林将作为湿地景观保护区保留。根据各片区红树林的树种和生长特点、景观特色，进行保护和适当的生态景观塑造、生态旅游开发。例如，康熙岭沿岸片区，原生红树林与人工种植红树林穿插，品种多样性高，可标识红树林树种，形成红树林观光、科教和研究基地；沙井岛南部片区，红树林生长茂盛，而且与海草植被穿插生长，不同季节呈现不同的自然色彩变换，极为壮观，可建设观光栈道、游艇通道，形成湿地旅游观光区；坚心围南部片区，红树林生长茂盛，可供游艇进入，或游人岸上观光；岸滩整治或围海造地区、浅海清淤航道疏浚需要挖除的红树林，宜采用人工移植的办法移植到红树林区。茅尾海整治后保留的中部和南部特色渔业养殖区，可根据自然资源状况，分为海水人工养殖区和海水自然养殖区；并随着城市化进程，部分渔业可转为休闲旅游渔业。对转变观光旅游的人工养殖区，可增设广告牌、说明牌，增加可进入性；在海水自然养殖区，可开设捕鱼和钓鱼等娱乐项目。例如，龙门群岛泾湾和岛屿周边颇有特色的“十里蚝排”，已成为观光旅游的一个亮点。 3．3．4海岸景观优化与文化打造 综合整治后，茅尾海将建成海洋公园。作为海洋公园，除了红树林湿地生态景观，还必须塑造海岸景观，完善旅游基础设施，打造特色文化。根据茅尾海滨海新城规划，茅尾海东岸建设高端酒店、高端别墅住区、企业会所、静修会所、世界风情宗教建筑、政府接待中心以及人工沙滩浴场等，全面提升当地的临海产业。沙井岛南端建设高端酒店、商务会展场所的同时，形成最具识别性的滨海海岸地标性建筑；利用现有沙井码头改造，建设游轮码头，同时建设游艇驳岸和相关的娱乐休闲活动场所，为高端游客提供高端服务。茅尾海西岸红树林观光海堤，可建设休闲步行锻炼游览通道。#p#分页标题#e# 4结论 茅尾海资源环境在自然演变和人类开发利用活动影响下呈现比较严重的淤积态势和生态退化态势，对特色渔业的可持续发展和钦州港天然深水条件构成潜在的威胁因素。茅尾海实施综合整治，旨在遏止上述不利态势，同时建设海洋生态保护区和海洋公园，服务于钦州滨海新城的建设发展。但综合整治涉及的范围大，清淤搅动泥沙悬浮扩散再沉降，将对茅尾海海底地形地貌、水质环境、底质环境、海洋生物造成暂时的较大影响，尤其是对海底地形地貌、海洋生物的影响时间将相对较长。数模分析结果表明，茅尾海综合整治水动力环境变化如下。 （1）纳潮量变化：茅尾海口门的平均进出潮量相对于综合整治前约增加0．427亿m3。 （2）水交换能力变化：茅尾海清淤后水体半交换周期增加20h。增加的原因主要是清淤后水深加大，原低潮时露滩的海域没有海水留存，而清淤后则仍有海水留存。清淤前水体半交换周期时高浓度区位于沙井港西侧南定坪海域；在各河流入海口由于有径流注入，浓度均较低。清淤后高浓度区基本位于清淤海域；各河流入海口浓度均较低。 （3）整治后回淤速率：清淤工程实施后茅尾海泥沙会有所回淤，回淤范围位于清淤区及围海造地前沿海域，清淤区回淤量不超过10cm／年，围海造地岸线凹角处可达16cm／年；在清淤区以南局部海域泥沙回淤强度有所降低，降低幅度可达－3cm／年，即呈冲刷状态。清淤后可减轻钦州港航道的泥沙淤积，对航道水深维护较为有利。预计清淤工程导致的泥沙回淤需要5年时间进行调整，在此期间泥沙回淤强度逐渐减弱，并达到一个新的平衡，进入自然冲淤状态。 茅尾海综合整治后的另一个重大变化是海洋产业将从比较单一的渔业养殖、渔货运输转向生产渔业与旅游渔业、生态保护与滨海旅游和游艇娱乐与海上运动等集群产业，提高海洋经济效益，推动当地社会经济发展。
关键词： GPS； 虚拟现实； 卫星； 星历； 地球； 数据库
中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）36-8384-03
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是近年来出现的高新技术，由计算机生成具有三维空间的虚拟环境，用户在此环境中利用特殊装置，以最自然的方式与环境交互，操作和控制环境，从而产生身临其境的效果。它可以将一系列的物理模型、数据结果动态、以逼真的三维图形展示出来。由于其直观、准确、清晰的特点，虚拟现实技术已经广泛应用于生产和生活的各个领域。
GPS（Global Positioning System，全球定位系统）是一种能够在全球范围内进行实时定位、导航的系统，最早是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。随着科学技术的进步，GPS逐渐开始应用于人们的生活中，如车辆定位、防盗、反劫、行驶路线键控及呼叫指挥等。将虚拟现实技术应用于GPS系统中，建立三维卫星系统仿真模拟及相关分析。航天器实时监控人员、航天器轨道设计分析人员、GPS测量人员以及GPS原理教学与学习人员能够方便直观的观察分析卫星运行情况，对进一步加快导航定位系统的发展具有很大的现实意义。
1 GPS系统
GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候的提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。GPS的前身是美国军方研制的一种子午仪卫星定位系统（Transit），该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。为此，美国海军研究实验室（NRL）提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，这是GPS精度定位的基础。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备用星工作在互成60度的6条轨道上。
如图1所示，为GPS系统结构图。它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成，保证时间同步并对卫星进行跟踪。二是空间部分，由分布在6个轨道平面上的24颗卫星、广播L1、L2卫星轨道、时间数据及辅助资料信息。三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并进行定位于导航。24颗卫星的空间位置是已知的，通过测量已知卫星到用户接收器之间的距离，然后综合3颗卫星得到的位置数据组成3个方程式，便可以得出观测点即用户的位置。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，再引入第4颗卫星，形成四个方程式，便能得到观测点的经纬度和高程。x、y、z为待测点的空间直角坐标，vt为接收机的钟差，di=cti为卫星到接收机之间的距离，ti为各卫星的信号到达接收机所经历的时间，c为GPS信号的传播速度。
[x1-x2+y1-y2+z1-z212+cvt1-vt0=d1]
[x2-x2+y2-y2+z2-z212+cvt2-vt0=d2]
[x3-x2+y3-y2+z3-z212+cvt3-vt0=d3]
[x4-x2+y4-y2+z4-z212+cvt4-vt0=d4]
GPS在道路工程中能够用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等，无需通视，可构成较强的网形，提高点位精度，同时对于检测常规测量的支点也非常有效。随着GPS对民间的开放，它越来越多的融入到人们生活的方方面面，其中三维导航作为GPS的首要功能，可以帮助飞机、轮船、车辆甚至行人进行导航。除了用于导航、定位、测量外，还可以传送精确的时间和频率信息，获得气象数据，为某些实验和工程服务。
2 设计思路
考虑到实验条件的限制，本系统主要是基于PC机的桌面式GPS仿真系统，模拟卫星在轨道运行的情况并进行简单的数据分析，通过输出工具如鼠标、键盘、数据手套等实现人机交互的目的。
如图2所示为该系统的框架结构图，GPS仿真系统主要由三部分构成，分别是数据处理模块、数据库模块以及运行窗口部分，前两个模块都是为了最后一个模块服务的。通过带有卫星信息的数据库和数据处理部分，用户在运行窗口中不但能够观察到卫星的运行轨迹，并对整个GPS仿真场景进行平移、缩放、漫游等交互操作，还能载入常见的sp3格式的星历、tle轨道历书，通过输入轨道参数能够观察到卫星的运行情况，同时能够模仿实际卫星的定位情况对虚拟用户的位置进行定位分析。
图2 GPS仿真系统
在本系统中，排除了外界环境对地球和卫星的影响，包括大气阻力、太阳辐射的压力，将地球看成一个内部分布均匀的理想球体，卫星围绕地球运动看成严格准遵循牛顿第二定律和开普勒定律，如图3所示。
图3 GPS导航卫星系统
1）牛顿第二运动定律：物体加速度的大小跟物体受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同，即F=kma（k为比例系数）。
2）①开普勒第一定律（也称椭圆定律）：每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳，而太阳则处在椭圆的一个焦点上。②开普勒第二定律（也称面积定律）：在相等时间内，太阳和运动中的行星的连线（向量半径）所扫过的面积是相等的。这一定律实际揭示了行星绕太阳公转的角动量守恒。用公式表示为：[SAB=SCD=SEK]。③开普勒第三定律（也称周期定律）：指饶以太阳为焦点的椭圆轨道运行的所有行星，其椭圆轨道半长轴的立方与周期的平方之比是一个常量。用公式表示为：[k=a3T2]，其中[K=GM4π2]，a是行星公转轨道半长轴，T是行星公转周期，M为中心天体的质量。
基于以上分析，该仿真系统有两部分设计对象：虚拟实体对象和虚拟环境对象。虚拟实体对象主要包括地球、卫星以及地面的控制部分和用户，其中还涉及到地球的自传和卫星的公转等动态对象；虚拟环境对象是地球卫星运行所处的环境，一般是静态的，这使得地球和卫星运动过程中有一定的参照大环境，同时也增加了虚拟现实的表现力。
3 设计与开发
3.1 虚拟场景建模
近年来，随着计算机性能的不断提高以及人们对事物直观、准确、清晰的需求，三维建模越来越多的被应用于生产制造中，三维建模软件随之大量涌现。但是目前主流的三维建模软件国内主要有Solid Works、UG、PROE，国外有3ds Max、Maya、AutoCAD等，而能对模型进行后期处理功能的方式也有多种，如中视典的VRP、Virtools、OpenGL、VRML等。3Dsmax广泛应用于游戏开发、视觉效果和设计行业等，功能强大，渲染速度快，插件丰富，支持多种相关软件的不同类型文件的导入导出，如VRP、Virtools等。
在综合考虑了目前成熟的各类技术的实现方式、学习难易程度、开发成本和周期、软件间的兼容问题后，为保证实现过程简便易行，作品真实感、动态交互之间的适度平衡，选择了成本低、操作方便、功能强大的3DsMax软件，先建立起地球、卫星等三维模型，然后将模型导入兼容性好、压缩率高、沉浸感好的VRP-BUILDER平台进行二次开发，建立虚拟环境对象和后期交互处理。
3Dsmax的建模方法有基础建模、复合对象建模、多边模建模、面片建模、NURBS建模等，对于本系统中的模型主要采用了基础模型结合其他几种建模方法构建地球、卫星、主控站、汽车、移动设备等。本系统中因存在具有运动行为的动态模型，所以需要针对不同的模型进行行为建模。它是在设计产品时，综合考虑产品所要求的功能行为、设计背景和几何图形，采用知识捕捉和迭代求解的一种智能化设计方法。为了便于运行过程中动态模型的仿真，依据面向对象的建模方法，把模型看成对象，针对不同的运动模型ID，编写相应的仿真运行方法。
3.2数据库和数据处理
3.2.1 数据库模块
数据库的链接能够实现接收机数据的接收和存取，使得运行场景更加逼真。为了减小工作量，缩短开发周期，选择Microsoft Office中自带的Access数据库开发工具进行数据的接受和存取，即在Visual C++环境下采用Csocket类和Access2000数据库开发实时信息显示系统，采用SQL语言将接受数据存储在Access2000数据库中，并发送给虚拟仿真界面，以实现实时信息显示，系统还将通过获取实时数据完成系统的仿真运行。
3.2.2 数据处理
系统对地球自转和卫星公转等运行场景的建立首先建立天球坐标系，获取卫星及地球运动位置的相关数据，准确定位它们之间的位置关系。在构建三维卫星场景时，利用获取到的卫星的轨道参数和sp3格式存储方式为ASCII的星历文件，通过一定的算法，实现卫星运行轨道的绘制，并得到卫星的当前位置。星历文件能够提供卫星的精确轨道位置，它包括表头信息和文件体，文件体中每隔15min给出1个卫星的位置，有时还会给出卫星的运行速度。实际结算中可以进行精密钟差的估计或内插，以提高其可使用的历元数。
4 结论
该系统能够通过非编程的方式建立了三维虚拟卫星定位仿真系统，为用户提供了一个实时交互的GPS平台，可实现卫星地球运行显示、卫星轨道参数显示、星下点轨迹显示、空间漫游、坐标定位等功能，配合实时卫星星历等实时数据库，还能实现卫星系统实时监视。用户只需调入最新的星历（IGS的sp3格式）、卫星状态等数据[]，就可以在三维环境下进行监视和数据分析。在以后的研究中将该系统进行实现并完善，通过虚拟头盔或者其他具有触觉反馈的交互接口实现GPS原理教学，也可以帮助相关工作人员对卫星姿态实时监控，便于了解卫星的运行情况，以便提前采取必要的措施。
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摘 要： 本文首先分析了民航安全技术管理专业“航空运输地理”课程的教学现状，针对专业特点设计教学内容，并以此为基础探索和讨论适合民航安全技术管理专业学生特点的航空运输地理教学模式，包括案例教学、小组讨论教学、角色扮演教学，以调动学生学习的积极性，培养学生分析问题、解决问题的能力。
关键词： 航空运输地理 教学设计 教学模式
民航安全技术管理专业旨在培养掌握民航安全技术管理的专业基础知识和技能，能从事民航安全管理工作的高级技术应用性专门人才。“航空运输地理”是民航安全技术管理专业的一门专业基础课程。该课程主要包含航空运输相关的地理环境、航空运输布局、中国航空区划、国际航空区划等内容，内容非常丰富，旨在培养学生的岗位实践能力、综合服务能力。课程的设置对应民航安全技术管理专业职业岗位面向的民航安检员、隔离区监护员、飞机监护员等岗位群。
1.教学现状
高职民航安全技术管理专业学生的基础不同，对于民航知识的了解也不同，对于人文地理的认识缺失，对于基础地理知识和概念理解不透彻。而且高职学生的自我学习能力相比其他大学生较为薄弱，学习的课业内容偏向于实践的操作，对于理论及系统的知识原理并不用深入掌握，所以学习态度不积极，在学习习惯上有其差异性。为了强化教学效果，必须进行教学改革，充分有效使用网络信息、多媒体等现代化教学手段，充分改革教学内容和教学模式。
2.教学设计
教学设计就是制订教学计划的一种工作或活动。教学设计是指教师以完成一定的教学任务和优化教学效果为目的，以教学系统及其活动为对象，运用系统方法，分析教学问题和制约条件，选择并确定教学实施方案的活动和过程。教学设计能力对于教师提高工作绩效、促进学生学业进步具有举足轻重的作用。
通过与民航服务企业的深入合作，收集获取企业工作现场资料实际工作任务和典型案例，制定符合岗位实际的课程内容。针对高职民航安全技术管理专业的学生，“航空运输地理”课程教学设计如下：
航空运输相关的地理环境单元：掌握民航飞机的巡航高度；掌握影响民航飞机起飞降落和巡航的天气。能计算飞行时间。学习任务：遇到影响民航飞机起飞的天气时的安检对策。请取出电脑、雨伞、充电宝、照相机单独检查。请您脱下外套配合安全检查。
航空运输布局单元：掌握机场的构成和三字代码；掌握航线的分类和网络构成；了解运力经济技术指标；了解影响航空运输布局的因素。能辨认机场重要的地面设施；能判断运力经济技术指标。学习任务：结合工作实际判断安检员可以到达机场的哪些区域。
中国航空区划单元：掌握我国各个航空区域的包括范围；掌握主要空港城市及其机场分布。能判断旅客可以随身携带的特产、必须托运的特产。学习任务：选定城市介绍城市所属的国内航空区域、机场、主要航空公司、航空发展情况、主要特产；分角色进行安检情景模拟，作为安检员，判断旅客可以随身携带的特产、必须托运的特产。
国际航空区划单元：掌握IATA一区、二区、三区的范围，包含的次区；了解区域内的主要国家及航空港城市。能判断国际航线的类别。学习任务：作为安检员，根据旅客登机牌的三字代码判断旅客所要到达的目的地。
3.教学模式
在多年的“航空运输地理”教学过程中，笔者积累了一定的授课经验，对教学模式也进行了多次更新和完善，主要包括以下几种：
3.1案例教学模式
传统的教学只告诉我们知识的理论，但是其内容在实践操作中可能并不实用，而且生涩难懂，在一定程度上制约了学生学习的积极性。案例教学是对理论知识的深化应用。例如在介绍航空运输布局时，由于生源中湖南生源比例比较大，可引入长沙黄花国际机场作为教学案例，说明其机场构成，利用多媒体展示飞行区、航站区、延伸区的图片，让学生判断安检在哪个机场分区，结合安检员工作实际判断安检员可以到达机场的哪些区域。
3.2小组讨论教学模式
组织学生分组，讨论选定城市所属的国内航空区域、机场、主要航空公司、航空发展情况、主要特产，让学生通过自己的理解和资料的查找，更主动地学习相关知识。学生小组通过集体讨论、分工协作，体验并完成任务，提高学生的学习兴趣、积极性，培养学生的自主学习能力，小组讨论不但活跃了学生的思维，而且培养了学生的团队合作精神。
3.3角色扮演教学模式
“角色扮演”要求教师根据教学内容和背景材料设计场景，学生根据情节在仿真场景中扮演一定的角色，身临其境地按设定岗位的职责、任务、工作程序、人际协调等提出观点、方案或进行实际操作，从而掌握一定的知识和技能。简言之，这种教学方法就是围绕每一个特定主题采用表演的方式开展教学，从而使得整个教学过程形象生动，激发学生的学习热情，以加强学生对航空运输地理理论知识的理解和掌握，增强学生对未来安检工作的理解，提高学生的问题解决创新能力。
教师讲授完中国航空区划，由于该单元涉及的七大航空区域的内容多，联系民航安全技术管理专业学生未来的工作实际，学完此单元的内容后为了让学生很好地消化此单元内容，教师引导学生确定安检场景，由学生采用表演的方式，创设旅客在从长沙前往北京的过程中，安检员、旅客在安检现场发生的事情。具体情节为旅客安检时随身携带很多长沙特产带给亲戚朋友，开包检查人员告知旅客有些特产能随身携带，有些必须托运，旅客着急赶飞机，大发脾气，安检员给旅客耐心讲解。在整个场景中，安检员在回答乘客问题时，包含了所学的航空运输地理知识。
为了营造特定的情景，教师可以让学生充分运用教室内的多媒体设备，以字幕形式显示各场景。如在长沙黄花国际机场安检时，屏幕显示“长沙”，以渲染场景，创设教学情境，调动学生的多种感官功能。表演结束后，全体同学鼓掌，教师组织学生总结、教师总结。在角色扮演结束时，教师要组织好学生提问，交流角色扮演中的感受、学到的东西、获得的经验、实践中采取的行动。通过角色扮演，能够将较为枯燥的理论知识还原为真实的工作情景，形象生动，而且学生成为课堂主体，调动了他们的学习积极性，培养了他们分析问题、解决问题的能力，从而达到了很好的教学效果。
4.课程考核
传统的考核对平时成绩不够重视，课程考核形式单一，以闭卷笔试的总结性考核为主，平时考核以到课率为主。我们对考核形式进行改革，考核为形成性考核60%+终结性考核40%，形成性考核为作业、课堂表现、单元测验等，终结性考核为期末考核。航空运输相关的地理环境单元，考核内容为飞行时间计算、影响民航飞机起飞降落和巡航的天气，权重为25%；航空运输布局单元，考核内容为航线的分类运力经济技术指标，权重为25%；中国航空区划单元，考核内容为国内七大航空区域、机场三字代码，权重为25%；国际航空区划单元，考核内容为IATA一区、二区、三区的范围，城市三字代码，权重为25%。
5.结语
“航空运输地理”课程教学模式要多样才能提高学生的学习兴趣，教学内容不仅要重视学生基础航空运输地理知识的学习，还要重视航空运输地理在民航安全技术管理专业岗位中的应用，使高职毕业生成为社会主义建设事业需要的造性人才。只有进行课程改革，才能提高学生的综合素质，为学生未来就业做准备。
参考文献：
[1]宁红，李超.航空运输地理[M].北京：国防工业出版社，2013.
[2]洪德慧，江群.航空运输地理[M].北京：国防工业出版社，2009.
关键词：河道冲刷；珠三角；河道穿越工程；管道埋深
Abstract: domestic pipeline crossing the river depth to determine if there is no uniform industry standard, at the bottom of the pipeline buried depth in practical engineering is mainly with engineering experience and personal habits, determine most of the pipeline buried depth is too safe and conservative, increase the project investment and cause unnecessary waste. This paper summed up the pearl river delta region the burial depth of the pipeline crossing river main influence factors, and attempts to summarize the pearl river delta region engineering calculation method and formula of pipeline buried depth.
Key words: river channel scour; The pearl river delta; River crossing engineering; Pipeline buried depth
中图分类号：[TU687]文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、绪论
管道运输与铁路、公路、水运、航运等运输方式并称为世界上的五大运输业，运输介质攘括了石油、天然气、给水、雨污水、生活垃圾、通风等，在一个国家的国民经济发展中起着十分重要的作用。在管道运输日益发达的今天，管道穿越河道敷设工程已经十分常见，同时随着经济的发展、科学技术的创新和景观要求的提高，管道穿越河道在大多情况下均会选择河底埋设，比起河面跨越，尽管工程造价高，但是河底埋设对景观的影响、行洪的影响以及通航的影响均很小，而且利于管道自身保护。
目前，国内管道穿越河道的埋深确定没有统一的行业标准，在实际工程中管道的河底埋深主要是凭借工程经验和个人习惯，由此确定的管道埋深大多数都是过于安全和保守，造成增加工程投资和不必要的浪费。本文归纳珠三角地区管道穿越河道的埋深主要影响因素，并尝试总结出珠三角地区管道埋深的工程计算方法和公式。
二、埋深的主要影响因素
根据搜集的资料和工程经验，管道穿越河道的埋深主要影响因素有可以归纳为一下几个方面：
（1）河床演变，主要指河道在自然条件下，或受人工干扰时河床形态所发生的变化，这些变化包括：河床在垂直方向的冲刷和淤积、水平方向上的位移以及河床平面形态和尺寸的改变等。
（2）河道规划和以后河道整治，河道的规划线位、河底规划标高、规划航道等级和以后河道整治是管道穿越河道埋深的一项重要考虑因素。
（3）对应河道等级下的通航要求，根据《内河通航标准》的规定，过河管道埋深通航要求需考虑以下因素：①规划航道等级所需航道水深、②设计最低通航水位、③《内河通航标准》中关于水下过河建构筑物埋设的富裕值、④船舶应急抛锚是锚体的入土深度等。
三、河道冲刷深度的确定和计算
河床冲刷和淤积变化的特征，变化幅度的大小直接影响到穿越管道的敷设和安全。分析穿越河段（尤其是穿越断面）河床冲淤变化的规律，判断工程期间河床最大冲刷深度，是合理的确定管线埋深和稳定措施的主要依据。目前在管线穿越工程中常用一下三种方法进行分析确定。
1．利用天然河道的水文分析
（1）利用天然河道的水分分析法需要收集穿越点上、下游水文站的历年水位、流量实测资料，根据收集的资料绘制不同年份水位与流量的关系曲线。在相同流量下，若水位逐年太高，则说明河床处于不断淤积抬高过程，反之则说明河床处于不断冲刷下降过程。
（2）根据输沙原理，分别计算同时期内穿越点上下游水文站的输沙量，判断此间计算河段内河床的冲淤情况及冲淤量。
2．利用公式计算
由于影响河床冲淤变化的因素十分复杂，目前尚无一个完整的描述河床冲淤变化的数学表达式。本文根据收集的相关资料，总结出主要的一下三种分析理论和计算方法。
（1）杨志达法
美国张志达认为，河床的冲刷是一种粗化的过程。当河道的输沙能力超过上游泥沙的供给率是，就必须靠从河道中补给沙量来保持输沙平衡。在这种情况下，河道开始发生冲刷，由于床沙粒径大小的不均匀性，细粗沙输送的速率要快，保留在床面上的河床质逐渐变粗。一旦粗沙层覆盖整个床面，阻止下面的细沙运动时，粗化过程就会停止。当这一过程完成后，河床被保护。
（2）借鉴桥渡建筑物附件的冲刷公式
借鉴铁道科学院根据铁路桥梁压缩水流，引起水流和泥沙运动的变化而建立的公式，该公式是在实测和模型试验基础上建立的，其形式如下所示：
式中：Q——计算时采用的设计流量（造床流量）（m³/s）；
L——平滩水位时的河面宽度（m）；
A——单宽流量集中系数，按下式计算：
式中：B——造床流量时的河宽（m）；
H——造床流量时的平均水深；
——为河段的稳定性指标，其数值愈大，标示河床愈不稳定。
——冲刷前计算垂线水深（m）；
——计算流量时的平均水深（m）；
E——与汛期含沙量有关的参数，按下表查用：
E值得取值与含沙量关系
含沙量p（kg/m） ＜1.0 1.0~10 ＞10
E 0.46 0.66 0.86
d——河床的泥沙平均粒径。根据筛分资料确定（mm）；
h——冲刷后的最大深度（m）。
（3）河床冲刷率公式法
冲刷率是水流在单位时间内从单位面积河床上冲刷带走的泥沙重量。该方法认为，洪水期河床发生最快冲刷是，即实际挟沙沙量远小于水流挟沙力时，河水的冲刷情况相当或接近清水冲刷。
根据对以上三种方法的对比，杨志达法所计算的结果偏小，这是实际工程中所不允许的。实际工程中所要求的值都是偏向于安全的，故把（美）杨志达法所算结果作为埋深的下限，但不能使用。冲刷率公式法和借鉴公式法计算出的结果都偏大，这时可以从经济的角度出发选择两者中较小值作为埋深的上限。
3．工程地质分析判定
即查明河谷的地质构成，尤其是组成河床表面的第四纪冲积层在空间上的分布规律及岩性特征，进行分析对比，判断河床最大冲刷深度。根据地质勘查报告，研究穿越段的地质构成，分析“河床冲击相”，用以判断河床冲淤发展的历史，结合现阶段河床的冲淤变化的特征，趋势和水流条件，进行确定河床的最大冲刷深度。
四、珠三角地区天然河道演变特性
河床演变过程因来水、来沙和边界条件不同而异，习惯上按河岸流域地形对河流进行分类，具体划分为：山区、山前区、平原区三种[1]，由于地形、下垫面的差异，不同河段流域的河床演变过程呈现出很大的差异。
珠三角地区基本为大型天然河道的下游或入海口，按照上诉的河型分类应属于平原区河流，该区域河流在一定流域来水、来沙和河床边界条件下，经过水流与河床的长期调整，多数已达平衡或准平衡状态，从长期看，河床一般没有单向的冲淤变化（或变化速度极慢）。但是由于季节性变化，流域的来水、来沙、和边界条件随时间不断变化，或局部条件的影响（如深槽浅滩交替、汊道变迁等），在一定时期内，河床的局部地区存在着冲淤变化、这些冲淤变化都具有周期性的特征。
另外，人为因素的影响对河道的影响也是河床演变考虑的重要因素，例如：大的取水、排水口、兴修河坝闸、桥梁，改变了天然水流状态，工程采砂、河道整治硬化改变了下垫面情况等。
根据以上分析，珠三角地区一般的天然河道的纵向冲淤和横向摆动均比较少，在管道穿越河道埋深分析中是次要因素，但需要重视河道周期性的变化，管道的穿越点需避开采砂场、取排水口、河坝闸和桥梁等人工构筑物。
五、管道埋深的工程计算方法及判定依据
根据《室外给水设计规范》（GB50013-2006）的要求，穿越河底的管道应避开抛锚地，管道的埋设深度还应在其相应防洪标准（根据管道等级确定）的洪水冲刷深度以下，至少应大于1m。管道埋深在通航河道时，应符合航运管理部门的技术规定，并应在河两岸设立标志，管道埋设深度应在航道底设计高程2m以下。根据《内河通航标准》（GB50139-2004）的要求，在航道和可能通航的水域内布置水下过河建筑物，宜埋置于河床内，其顶部设置深度，Ⅰ~Ⅴ级航道不应小于远期规划航道底标高以下2m，Ⅵ级和Ⅶ级航道不应小于1m。
通过查找相关资料和工作行业内的经验，管道的埋设根据穿越河道是否具有通航要求分别讨论。
1．非通航河道（排洪渠）管道埋深确定
对于设计管道穿越非通航河道（排洪渠），确定管道埋深时需同时考虑河道（排洪渠）的现状河底标高和规划标高，并以较低的标高作为设计河底标高取值。已知设计河底标高，再根据河道（排洪渠）的下垫面和冲淤情况和设计管道重要性，管道的管顶埋深在1~2.0m范围内取值。
2．通航河道管道埋深确定
对于设计管道穿越通航河道时，此时管道的埋设应不影响航道的通航要求，管道埋深确定主要考虑航道的设计水深和设计最低通航水位。管道的管顶埋深H=设计通航水深D+规范要求富裕值，即设计管道管顶标高=设计最低通航水位+设计通航水深+规范要求富裕值（取值2m）。
管顶埋深分析示意图
根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）航道水深分通航水深和设计水深，具体按下列公式计算：
D0＝T＋Z0＋Z1＋Z2＋Z3
D＝D0＋Z4
式中，D0——航道通航水深（m）；
T——设计船型满载吃水（m）；
Z0——船舶航行时船体下沉值（m）；
Z1——航行时龙骨下最小富裕深度（m）；
Z2——波浪富裕深度（m），当计算结果为负值时，取值0m；
Z3——船舶装载纵倾富裕深度（m），杂货船和集装箱可不计，油船和散货船取0.15m；
D——设计航道计水深（m）；
Z4——备淤深度（m），根据回淤强度、维护挖泥间隔期及挖泥设备的性能确定，不小于0.40m，工程取值0.5m。
设计船型满载吃水（T）的取值参见《内河通航标准》（GB50139-2004）的第3.0.2条的相关规定，其中航道等级划分如下表所示：
航道等级划分表
船舶航行时船体下沉值（Z0）、航行时龙骨下最小富裕深度（Z1）按《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）的图4.8.8-2和表4.8.8-1选用。
通过设计通航水深计算的管道埋深结果，还需通过河道现状的河底标高进行复核，以保证设计管道的管顶覆土不小2m。
六、结论
本文根据珠三角地区的的河道演变的特征，并结合相关规范标准的要求，提出了珠三角地区管道穿越河道的管道埋深计算和合理性判定方法。
[参考文献]
[1]杨志达（美）·泥沙输送理论与实践[M].北京：中国水利水电出版社，2000.
