時(shí)間：2023-01-18 22:07:51
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇雷達(dá)技術(shù)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】認(rèn)知雷達(dá) 環(huán)境感知 自適應(yīng)發(fā)射
雷達(dá)是一種廣泛用于監(jiān)視、跟蹤和成像應(yīng)用的遙感系統(tǒng)，軍、民用均可。傳統(tǒng)雷達(dá)通常采用固定的發(fā)射信號(hào)，通過(guò)接收端的自適應(yīng)處理及濾波算法的設(shè)計(jì)來(lái)提高性能。由于雷達(dá)的測(cè)量、分辨性能和雜波中目標(biāo)的檢測(cè)在很大程度上取決于發(fā)射的波形，對(duì)于日益復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境及密集雜波、多目標(biāo)背景等挑戰(zhàn)，發(fā)射波形固定，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，緊靠接收端的自適應(yīng)已難以獲得理想的效果。
而事實(shí)上，自雷達(dá)開(kāi)機(jī)之刻起，通過(guò)電磁波的作用，雷達(dá)就與其周圍環(huán)境變成一個(gè)緊密相連的整體了，在這一意義上環(huán)境對(duì)雷達(dá)回波有著強(qiáng)而連續(xù)的影響，由于雷達(dá)環(huán)境是非靜止的，因此不斷感知并更新環(huán)境狀態(tài)估值，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)與探測(cè)環(huán)境的自適應(yīng)互動(dòng)，才能真正實(shí)現(xiàn)智能化探測(cè)。這也正是認(rèn)知雷達(dá)的核心思想。
認(rèn)知雷達(dá)是一種智能雷達(dá)，是公認(rèn)的未來(lái)雷達(dá)。它的主要特點(diǎn)是引入雷達(dá)閉環(huán)系統(tǒng)：雷達(dá)通過(guò)先驗(yàn)信息設(shè)計(jì)發(fā)射波形，波形經(jīng)過(guò)環(huán)境反射，攜帶著環(huán)境信息被雷達(dá)接收，雷達(dá)從回波中提取更多的信息作為下一次發(fā)射的先驗(yàn)信息，設(shè)計(jì)下一次的發(fā)射波形，如此循環(huán)。認(rèn)知雷達(dá)可以全方位提高雷達(dá)性能，因此認(rèn)知雷達(dá)正成為將來(lái)科技研究的重點(diǎn)方向個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。
1 認(rèn)知雷達(dá)的概念
受蝙蝠回聲定位系統(tǒng)及認(rèn)知過(guò)程的啟發(fā)，國(guó)際著名信號(hào)處理專家Simon Haykin 于2006年首次提出了認(rèn)知雷達(dá)的概念。要讓雷達(dá)具有認(rèn)知性，就必需將自適應(yīng)擴(kuò)展到發(fā)射機(jī)。通過(guò)發(fā)射-接收電磁波感知環(huán)境，利用它與環(huán)境不斷交互時(shí)得到的信息，結(jié)合先驗(yàn)知識(shí)和推理，不斷地調(diào)整它的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)參數(shù)，自適應(yīng)地探測(cè)目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、鎖定、跟蹤、管理和評(píng)估目標(biāo)。
認(rèn)知雷達(dá)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，認(rèn)知雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)能夠主動(dòng)地感知環(huán)境，并形成一個(gè)融發(fā)射機(jī)、環(huán)境和接收機(jī)為一體的動(dòng)態(tài)的閉合反饋環(huán)路。
認(rèn)知雷達(dá)工作包括三個(gè)基本特征：接收機(jī)的貝葉斯推理，用于保存信息；從接收機(jī)到發(fā)射機(jī)的反饋，用于智能控制；發(fā)射機(jī)的自適應(yīng)處理。
2 認(rèn)知雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)
認(rèn)知雷達(dá)的探測(cè)方法與常規(guī)雷達(dá)系統(tǒng)相比具有優(yōu)點(diǎn)，即不執(zhí)行某種預(yù)設(shè)方案，而是采用自適應(yīng)算法智能地選擇波形參數(shù)從而適應(yīng)射頻環(huán)境。認(rèn)知雷達(dá)能從環(huán)境中學(xué)習(xí)，智能地改變發(fā)射波形。認(rèn)知技術(shù)是認(rèn)識(shí)雷達(dá)的核心，也是其與常規(guī)雷達(dá)相比最大的區(qū)別。
認(rèn)知雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)包括：
（1）智能的信號(hào)處理。它建立在雷達(dá)通過(guò)與周圍環(huán)境交互進(jìn)行學(xué)習(xí)的能力之上，其主要任務(wù)是通過(guò)與環(huán)境的不斷交互，獲得并提高雷達(dá)對(duì)環(huán)境的認(rèn)知。
（2）從接收機(jī)到發(fā)射機(jī)的反饋，這是智能的推進(jìn)器。接收機(jī)截獲雷達(dá)信號(hào)，經(jīng)智能信息處理得到目標(biāo)信息，然后將其反饋給發(fā)射機(jī)，使得發(fā)射機(jī)能夠自適應(yīng)調(diào)整發(fā)射信號(hào)，以期望提高整機(jī)性能。
（3）雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。通過(guò)更多雷達(dá)回波的積累效果，以提高雷達(dá)認(rèn)知環(huán)境的精確程度，這是通過(guò)在跟蹤期間使用貝葉斯目標(biāo)探測(cè)方法實(shí)現(xiàn)的。
3 認(rèn)知雷達(dá)的處理
3.1 認(rèn)知雷達(dá)工作方式
圖2描述了認(rèn)知雷達(dá)的工作方式。
系統(tǒng)首先采用數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)先驗(yàn)?zāi)繕?biāo)信息來(lái)識(shí)別頻段和感興趣的子頻段，指出目標(biāo)可能響應(yīng)的射頻（圖2a）內(nèi)的譜區(qū)域。該數(shù)據(jù)庫(kù)還用于存取已知的射頻系統(tǒng)波形類型，從而令認(rèn)知非線性雷達(dá)避免干擾其它射頻系統(tǒng)以及被其它射頻系統(tǒng)所干擾。
然后，系統(tǒng)無(wú)源地掃描射頻環(huán)境，從而獲取噪聲、射頻干擾和已知射頻系統(tǒng)的波形（圖2b）。然后根據(jù)由無(wú)源掃描獲得的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)頻率上的射頻干擾和噪聲功率電平來(lái)選擇雷達(dá)波形參數(shù)；同時(shí)系統(tǒng)還可以根據(jù)某種先驗(yàn)的目標(biāo)信息（由數(shù)據(jù)庫(kù)提供）選擇雷達(dá)波形參數(shù)，為解決多目標(biāo)優(yōu)化難題，使用自適應(yīng)算法選擇雷達(dá)波形參數(shù)。
然后，雷達(dá)探測(cè)信號(hào)照射環(huán)境，再測(cè)量雷達(dá)回波（圖2c）。
之后，處理測(cè)得的雷達(dá)回波，證實(shí)感興趣的目標(biāo)存在或不存在。
再根據(jù)下面三點(diǎn)為下一個(gè)循環(huán)選擇新的雷達(dá)波形參數(shù)：射頻干擾和噪聲的無(wú)源測(cè)量；某種先驗(yàn)的目標(biāo)和數(shù)據(jù)庫(kù)信息；基于前一個(gè)循環(huán)的感興趣目標(biāo)的似然性。
因此，對(duì)一個(gè)給定的循環(huán)，新雷達(dá)波形的頻率可以變到一個(gè)新子頻帶（圖2d）上以驗(yàn)證感興趣的目標(biāo)。
3.2 認(rèn)知雷達(dá)的處理構(gòu)架
認(rèn)知非線性雷達(dá)的處理框架見(jiàn)圖3所示。
雷達(dá)系統(tǒng)組成包括多部接收機(jī)，對(duì)這些接收機(jī)進(jìn)行編組，可分為兩類：
（1）陣面無(wú)源頻譜接收機(jī)。
（2）雷達(dá)接收機(jī)。無(wú)源頻譜接收機(jī)感知射頻環(huán)境，探測(cè)電磁干擾。系統(tǒng)采用多部無(wú)源接收機(jī)同時(shí)測(cè)量多個(gè)感興趣波段。與采用單部無(wú)源接收機(jī)相比，采用多部無(wú)源接收機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于減少了測(cè)量多個(gè)感興趣波段的所需時(shí)間。頻譜感知技術(shù)對(duì)噪聲、干擾、工作在射頻環(huán)境中的射頻信號(hào)進(jìn)行無(wú)源測(cè)量，以便雷達(dá)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)工作在這些預(yù)先存在的信號(hào)的波段之外。
選擇了探測(cè)目標(biāo)的合適波形之后，雷達(dá)接收機(jī)測(cè)量射頻環(huán)境。從雷達(dá)接收信號(hào)中提取潛在的目標(biāo)信息或特征。用目標(biāo)特征（來(lái)自雷達(dá)接收機(jī)處理鏈）、干擾和噪聲（來(lái)自無(wú)源接收機(jī)處理鏈）估算信噪比（SNR）。然后，用目標(biāo)檢測(cè)/分類算法和某種先驗(yàn)的目標(biāo)信息對(duì)信噪比信號(hào)進(jìn)行處理。根據(jù)目標(biāo)檢測(cè)似然性、噪聲和干擾功率電平、允許的發(fā)射頻率（如數(shù)據(jù)庫(kù)指定的），優(yōu)化發(fā)射波形參數(shù)（幅度、頻率、相位、調(diào)制等），然后選擇并發(fā)射波形。這一過(guò)程不斷重復(fù)，直至高度確信目標(biāo)出現(xiàn)或缺失。
3.3 頻譜感知處理
頻譜感知處理用于估算圖3中無(wú)源頻譜接收機(jī)提供的有限持續(xù)數(shù)據(jù)流的功率譜。該無(wú)源頻譜接收機(jī)（含模數(shù)轉(zhuǎn)換）提供信息的數(shù)字化數(shù)據(jù)流。
圖4說(shuō)明了頻譜感知處理流程。由于采用快速傅里葉變換（FFT）有效計(jì)算了有限觀察窗以及功率譜估計(jì)，所以，窗函數(shù)被用來(lái)減少譜泄漏或副瓣。然后，將功率譜與雷達(dá)接收機(jī)信息提取出的特征結(jié)合起來(lái)，估算目標(biāo)檢測(cè)和分類的信噪比。最后，采用一種信號(hào)檢測(cè)技術(shù)來(lái)檢測(cè)工作環(huán)境中的潛在通信和其它射頻信號(hào)。該信號(hào)檢測(cè)技術(shù)可采用訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的方式獲取已知射頻系統(tǒng)波形類型。
3.4 目標(biāo)檢測(cè)與分類
圖5說(shuō)明了目標(biāo)檢測(cè)和分類技術(shù)的流程。
目標(biāo)檢測(cè)器的輸入是諧波和/或互調(diào)失真乘積的信噪比估算。目標(biāo)檢測(cè)方法包括：匹配濾波器、貝葉斯決策理論、通用似然比測(cè)試（GLRT）、恒虛警率（CFAR）處理。
目標(biāo)檢測(cè)之后進(jìn)行目標(biāo)類型識(shí)別。常見(jiàn)的分類方法有貝葉斯鑒別函數(shù)、最近鄰分類器、支持矢量機(jī)（SVM）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基于樹(shù)的算法、無(wú)人監(jiān)管學(xué)習(xí)算法。
3.5 優(yōu)化處理
目標(biāo)檢測(cè)和分類之后，根據(jù)頻率信息、數(shù)據(jù)庫(kù)提供的允許發(fā)射頻率、以及頻譜感知步驟給出的適用發(fā)射頻率，采用優(yōu)化器來(lái)確定新發(fā)射頻率的參數(shù)以及其它波形參數(shù)。優(yōu)化器根據(jù)雷達(dá)探測(cè)需求對(duì)多個(gè)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。與雷達(dá)系統(tǒng)相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)，包括信噪比、系統(tǒng)功耗、頻率、所占帶寬、計(jì)算的復(fù)雜性。與雷達(dá)系統(tǒng)相關(guān)的決策變量包括頻率、信號(hào)功率、帶寬、調(diào)制類型、脈沖重復(fù)間隔（PRI）。
多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)方法之一是遺傳算法。與其它機(jī)器學(xué)習(xí)方案相比，遺傳算法有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈儾恍枰繕?biāo)和/或環(huán)境的練習(xí)數(shù)據(jù)或統(tǒng)計(jì)模型。
遺傳算法的基本步驟示于圖6。首先，隨機(jī)產(chǎn)生N個(gè)方案，采用適切性原則識(shí)別出群中最合適的染色體，這里，適切性測(cè)量取決于目標(biāo)函數(shù)。然后，用交叉、突變的方法產(chǎn)生一個(gè)新的群，即下一代就形成了。對(duì)新群中的染色體，要評(píng)估其適切性，淘汰掉適應(yīng)性程度低的解，經(jīng)過(guò)多代迭代，最終評(píng)估一種中止條件，以確定新群滿足優(yōu)化過(guò)程的要求。
4 認(rèn)知雷達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)
認(rèn)知雷達(dá)作為一個(gè)嶄新的發(fā)展方向，尚處于“幼年”階段，全面、完善、實(shí)際的認(rèn)知雷達(dá)還遠(yuǎn)沒(méi)有變成現(xiàn)實(shí)。下面是若干需要進(jìn)一步發(fā)展的領(lǐng)域：
（1）最優(yōu)發(fā)射波形的設(shè)計(jì)和選擇。如何根據(jù)雷達(dá)回波和先驗(yàn)知識(shí)等，確定相應(yīng)的優(yōu)化指標(biāo)，采取高效、穩(wěn)健的算法，自適應(yīng)地設(shè)計(jì)、選擇發(fā)射波形參數(shù)，直接決定著雷達(dá)的智能程度。
（2）數(shù)據(jù)挖掘和基于知識(shí)的推理。認(rèn)知雷達(dá)具有存儲(chǔ)器，如何從大量的傳感器信號(hào)和“記憶”中挖掘出有效的信息并加以利用，是實(shí)現(xiàn)智能行為的關(guān)鍵。
（3）資源分配的最優(yōu)化算法。在雷達(dá)波發(fā)射、計(jì)算、存儲(chǔ)等環(huán)節(jié)，如何規(guī)劃有限資源，對(duì)于多目標(biāo)，如何設(shè)計(jì)、選擇發(fā)射波同時(shí)探測(cè)不同特性的目標(biāo)，使整個(gè)系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)，涉及到高效、穩(wěn)健的最優(yōu)化算法的研究。
（4）自適應(yīng)波形的生成技術(shù)。
5 結(jié)束語(yǔ)
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)認(rèn)知雷達(dá)的研究都處于起步階段，認(rèn)知雷達(dá)的實(shí)際裝備尚未見(jiàn)諸于報(bào)道。認(rèn)知雷達(dá)是一門交叉學(xué)科，其研究工作良好有效的發(fā)展需要結(jié)合雷達(dá)專業(yè)技術(shù)人員和人工智能相關(guān)學(xué)科研究人員的共同努力。雷達(dá)專業(yè)人員可從事雷達(dá)技術(shù)指導(dǎo)和雷達(dá)仿真技術(shù)研究；人工智能相關(guān)專業(yè)人員，可從事運(yùn)籌學(xué)、最優(yōu)化算法、知識(shí)推理等研究。從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，認(rèn)知雷達(dá)的相關(guān)理論成果可推廣到通信裝備、導(dǎo)航裝備、電子對(duì)抗裝備等的智能化研究中，將對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展具有巨大的促進(jìn)作用。
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主要分析研究的是探地雷達(dá)技術(shù)及其應(yīng)用，通過(guò)闡述探地雷達(dá)技術(shù)的理論基礎(chǔ)、解釋原理及發(fā)展歷程等基本內(nèi)容，結(jié)合采礦工程的實(shí)際要求，探究在采礦工程中探地雷達(dá)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)研究人員提供重要的參考資料。
關(guān)鍵詞：
采礦工程；探地雷達(dá)技術(shù)；應(yīng)用
0引言
中國(guó)幅員遼闊、地大物博，擁有眾多地下資源，其中豐富的礦產(chǎn)資源一直是中國(guó)社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中最為重要的一種資源，是中國(guó)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展和繁榮富強(qiáng)壯大的基石，因此采礦工程正在中國(guó)各地如火如荼地開(kāi)展建設(shè)當(dāng)中。而其中至關(guān)重要的一項(xiàng)技術(shù)即為探地雷達(dá)技術(shù)，通過(guò)使用該項(xiàng)技術(shù)能夠幫助采礦工程更加準(zhǔn)確地了解周邊巖層情況及地質(zhì)環(huán)境，同時(shí)還能夠有效檢測(cè)整體工程質(zhì)量，在此背景之下，研究探地雷達(dá)技術(shù)在在礦工程中的應(yīng)用具有極其重要的研究?jī)r(jià)值。
1探地雷達(dá)技術(shù)的簡(jiǎn)要概述
1.1發(fā)展歷程
探地雷達(dá)技術(shù)最早誕生于20世紀(jì)初期，由兩位德國(guó)籍科學(xué)家Letmbach、Lowy首次提出，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展之后，探地雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)初具雛形，并且開(kāi)始應(yīng)用于包括冰層和巖鹽等介質(zhì)當(dāng)中，但此時(shí)該項(xiàng)技術(shù)具有明顯的局限性，即只能運(yùn)用在電磁波吸收非常弱的介質(zhì)當(dāng)中。直到20世紀(jì)70年代中后期，在電子技術(shù)的誕生及迅速發(fā)展之下，探地雷達(dá)技術(shù)與現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)處理技術(shù)相結(jié)合，其實(shí)際應(yīng)用范圍得到空前擴(kuò)大，除了可以運(yùn)用在電磁波吸收弱的介質(zhì)當(dāng)中之外，還可以用于土層、煤層等介質(zhì)中，其實(shí)際運(yùn)用范圍涉及考古、巖石勘探、工程及建筑物內(nèi)部勘探甚至是礦產(chǎn)資源探測(cè)當(dāng)中。在20世紀(jì)80、90年代探地雷達(dá)技術(shù)被引入中國(guó)以來(lái)，經(jīng)過(guò)廣大科學(xué)研究工作人員多年的共同努力，探地雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在采礦工程當(dāng)中并取得了良好的成效。
1.2理論基礎(chǔ)
探地雷達(dá)技術(shù)其實(shí)是一種依靠彈性波傳播理論，是對(duì)于地下介質(zhì)，對(duì)超高頻短脈沖電磁波傳播規(guī)律進(jìn)行深入研究的技術(shù)。這主要是由于位移電流在地質(zhì)介質(zhì)當(dāng)中占據(jù)著至關(guān)重要的地位，而介質(zhì)的介電性質(zhì)幾乎可以直接影響甚至決定頻散較少的高頻寬頻電磁波的傳播速度，而這與彈性波傳播理論具有極高的相似性，二者均嚴(yán)格遵循波動(dòng)方程，只不過(guò)在變量方面存在些許不同的物理差異，但電磁波和彈性波之間具有相同的形式，因此結(jié)合合成波的原理可以將脈沖電磁波解構(gòu)成為若干頻率存在差異的正弦電磁波，也就是說(shuō)正弦波傳播理論及特征是探地雷達(dá)技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)[1]。
1.3解釋原理
無(wú)論是在哪一種應(yīng)用范圍內(nèi)，使用探地雷達(dá)技術(shù)的根本目標(biāo)就是得到最終的地質(zhì)解釋資料，而這需要建立在拾取反射波的基礎(chǔ)之上。對(duì)電磁波組標(biāo)志進(jìn)行有效識(shí)別則是與波形特征等具有緊密聯(lián)系。在介質(zhì)中進(jìn)行傳播活動(dòng)時(shí)，電磁波組的傳播路徑，包括電磁場(chǎng)的具體強(qiáng)度、波形等將會(huì)隨之發(fā)生變化，此時(shí)運(yùn)用探地雷達(dá)技術(shù)能夠以剖面圖的形式對(duì)位于反射波組當(dāng)中的同相軸進(jìn)行追蹤和表現(xiàn)，進(jìn)而判斷出地層是否存在斷裂情況，最后依據(jù)真實(shí)可靠的地質(zhì)鉆探資料，明確反射波組當(dāng)中蘊(yùn)含的真實(shí)地質(zhì)含義，形成基于整個(gè)探測(cè)區(qū)角度下的成果圖將會(huì)成為采礦工程設(shè)計(jì)的重要參考資料。
2探地雷達(dá)技術(shù)在采礦工程中的具體應(yīng)用
2.1對(duì)巷道圍巖松動(dòng)圈進(jìn)行探測(cè)
中國(guó)在經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的研究發(fā)展歷程后，對(duì)巷道圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論進(jìn)行不斷豐富和完善，并且與探地雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行充分結(jié)合，最終使得其能夠熟練靈活運(yùn)用在采礦工程尤其是探測(cè)巷道圍巖松動(dòng)圈工作當(dāng)中。但值得注意的是，確定巷道圍巖松動(dòng)圈的初始值是完成這一工作的核心與關(guān)鍵，直接決定著對(duì)巷道圍巖松動(dòng)圈進(jìn)行探測(cè)的成功與失敗。在過(guò)去工作人員通常會(huì)選擇使用超聲波探測(cè)技術(shù)、鉆粉法、位移計(jì)法等各種方式進(jìn)行探測(cè)，但無(wú)論是哪一種方法均會(huì)對(duì)巷道圍巖造成不同程度的破壞，無(wú)法保證圍巖能夠始終保持其原始狀態(tài)，而這將直接導(dǎo)致探測(cè)松動(dòng)圈終值的準(zhǔn)確性、精密性大大降低，甚至最終影響整個(gè)采礦工程的質(zhì)量。而使用探地雷達(dá)技術(shù)之后，通過(guò)配置超過(guò)200Hz的高頻天線，通常情況下在不超過(guò)10m的探測(cè)深度范圍內(nèi)可以將精度控制在5cm以內(nèi)，同時(shí)不會(huì)對(duì)巷道圍巖造成任何損壞[2]。比如在采礦工程中，通過(guò)應(yīng)用探地雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行直接探測(cè)，發(fā)現(xiàn)在大約200m多的圍巖深處中顯示存在一條強(qiáng)烈的反射回波信號(hào)，在對(duì)電磁波組同相軸進(jìn)行追蹤之后發(fā)現(xiàn)存在層狀起伏，表明該界面當(dāng)中電磁波正由弱到強(qiáng)進(jìn)行變化，而到215m范圍內(nèi)的圍巖雷達(dá)波無(wú)規(guī)律，能夠清楚地看到有較大裂隙，代表此位置為破碎區(qū)。在此基礎(chǔ)上工作人員能夠明確巷道圍巖松動(dòng)圈厚度，并以此為根據(jù)指導(dǎo)設(shè)計(jì)巷道支護(hù)。
2.2對(duì)巖石的位置厚度進(jìn)行探測(cè)
在計(jì)算礦體儲(chǔ)量及評(píng)估該礦可采程度工作當(dāng)中需要確定煤層當(dāng)中待采礦層厚度及開(kāi)采放頂煤時(shí)頂煤厚度，與此同時(shí)，需要準(zhǔn)確了解開(kāi)采空間與如奧灰等重要巖層的相對(duì)位置關(guān)系，這也是保障開(kāi)采工作能夠順利安全完成的必要條件。在A煤礦當(dāng)中有三個(gè)鉆孔，通過(guò)分析可以得知由于受到爆破及巖層自身裂隙發(fā)育等影響，可以從圖1當(dāng)中看出整體的雷達(dá)圖像并未呈現(xiàn)出明顯的規(guī)整性波形，反而給人一種雜亂無(wú)章的感覺(jué)；另外，探測(cè)圖顯示出煤層剖面呈現(xiàn)起伏形態(tài)，并且存在大概11cm～12cm厚的偽頂。偽頂雖然和煤層性質(zhì)近乎一樣，但是其厚度要遠(yuǎn)小于煤層，并且雷達(dá)波不會(huì)顯示出分層現(xiàn)象。而煤層下方是砂巖，工作人員通過(guò)探地雷達(dá)技術(shù)探測(cè)的采礦區(qū)煤層具置及厚度之后，便可以繪制出相應(yīng)的等厚線圖，作為設(shè)計(jì)采礦區(qū)開(kāi)采的重要指導(dǎo)。
2.3對(duì)地質(zhì)實(shí)際構(gòu)造等進(jìn)行探測(cè)
由于真實(shí)的開(kāi)礦現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)發(fā)生各種各樣的地質(zhì)異常情況，如斷層、礦層沖刷、陷落柱等，假如此時(shí)在確定位置或在搜尋礦體的工作當(dāng)中使用巷探、鉆探等技術(shù)方法，不僅無(wú)法有效節(jié)約時(shí)間，節(jié)省人力與物力，甚至有可能影響工作的安全性，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)。而使用探地雷達(dá)技術(shù)則能夠有效解決這一問(wèn)題，一般情況下在不超過(guò)100m的范圍內(nèi)，探地雷達(dá)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)損探測(cè)，即在探測(cè)過(guò)程中幾乎不會(huì)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造等造成任何損害，這對(duì)于在探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造當(dāng)中可能存在水害等安全隱患時(shí)將有效保障其安全性。在此基礎(chǔ)之上，工作人員除了能夠得到比較理想的探測(cè)參數(shù)，還可以以此為依據(jù)參數(shù)對(duì)斷層的位置、走向等進(jìn)行合理推斷，從而進(jìn)一步提升采礦工程的質(zhì)量。
2.4探測(cè)采空區(qū)及含水情況
所謂采空區(qū)具體來(lái)說(shuō)指的是在天然的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)或人工挖掘后，地表會(huì)在下面形成或大或小的“空洞”，即人們通常意義上的采空區(qū)。而采空區(qū)對(duì)于采礦工程來(lái)說(shuō)是一個(gè)比較巨大的安全隱患，稍有不慎，采礦所需的機(jī)械設(shè)備甚至是工作人員將極有可能墜落在采空區(qū)當(dāng)中，進(jìn)而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此在采礦工程當(dāng)中應(yīng)用探地雷達(dá)技術(shù)可以對(duì)采空區(qū)進(jìn)行有效探測(cè)，避免此類事故的發(fā)生。在A礦區(qū)當(dāng)中由于前人的多次挖采導(dǎo)致在淺部煤層當(dāng)中出現(xiàn)了一個(gè)非常明顯的采空區(qū)。通過(guò)圖像顯示，大約在0m～16m的位置處存在明顯異常，而大約在910m深度的位置處還出現(xiàn)不太完整的雙曲線形態(tài)圖，這種波形的出現(xiàn)代表著穹形空洞；而在觸底后波幅逐漸增加，但是很快隨著不斷增加的深度，波幅迅速減小直至消失。因此最終顯示出的成果圖能夠準(zhǔn)確反映出在該采空區(qū)當(dāng)中蘊(yùn)含豐富的水及淤泥等物質(zhì)，并且吸收了大量電磁波能量。
3結(jié)語(yǔ)
通過(guò)研究論述可以得知，基于電磁波理論下產(chǎn)生的探地雷達(dá)其實(shí)就是一種將地質(zhì)資料作為重要參考，尤其適合用于弱磁介質(zhì)為主的采礦工程項(xiàng)目中的一項(xiàng)探測(cè)技術(shù)。通過(guò)運(yùn)用探地雷達(dá)技術(shù)可以在最大程度上保護(hù)圍巖的基礎(chǔ)之上對(duì)其進(jìn)行探測(cè)，并保持較高的精準(zhǔn)度；另外還可以在一定范圍內(nèi)有效探測(cè)確定礦層的厚度、位置等基本資料，并直接探測(cè)出斷層的走向；對(duì)于采空區(qū)中的地下空洞等也可直接進(jìn)行探測(cè)，從而真實(shí)了解到實(shí)際含水情況，對(duì)整體的填充質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，以此檢驗(yàn)采礦工程的整體質(zhì)量。鑒于探地雷達(dá)技術(shù)擁有眾多優(yōu)勢(shì)功能，因此在未來(lái)采礦工程當(dāng)中還需要多多運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)，并積極進(jìn)行探索研究，以便能夠進(jìn)一步擴(kuò)大探地雷達(dá)技術(shù)的使用范圍。
參考文獻(xiàn)：
［1］劉傳孝，楊永杰，蔣金泉.探地雷達(dá)技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，1998(6)：102-104.
【關(guān)鍵詞】合成孔徑雷達(dá);地形測(cè)繪;應(yīng)用及進(jìn)展
機(jī)載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)受到廣泛應(yīng)用，除了在軍事領(lǐng)域有較大的發(fā)揮，合成孔徑雷達(dá)技術(shù)在民用鄰域也有較大的發(fā)展，如地形測(cè)繪測(cè)量、空間遙感控制、海洋監(jiān)測(cè)、氣象探測(cè)等，本文將針對(duì)機(jī)載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)分析探究其在地形測(cè)繪中的應(yīng)用及發(fā)展。
1.機(jī)載合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)特點(diǎn)
1.1較高的精度
合成孔徑雷達(dá)的原理是通過(guò)發(fā)送、接受固定頻率的脈沖信號(hào)，相對(duì)于以前單一獨(dú)立的天線收發(fā)機(jī)制，合成孔徑能夠?qū)⒏魈炀€矩陣單元有效地整合為綜合的發(fā)送、接收系統(tǒng)，加以強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)于發(fā)送、接收的頻率脈沖分析處理，從而達(dá)到全方位、高精確的探測(cè)、監(jiān)控效果。
隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，電子產(chǎn)業(yè)方興未艾，機(jī)載合成孔徑雷達(dá)的部件不僅性能越來(lái)越強(qiáng)悍，其形態(tài)也將變得越來(lái)越精細(xì)，所應(yīng)用的功能也越來(lái)越廣泛，經(jīng)過(guò)一定的實(shí)踐應(yīng)用調(diào)查，機(jī)載合成孔徑雷達(dá)的相對(duì)定位精度在300M至1500M的工程定位中，1小時(shí)以上觀測(cè)的解其平面位置誤差小于1mm，和ME-5000電磁波測(cè)距儀測(cè)定的數(shù)據(jù)結(jié)果比較，其邊長(zhǎng)差值最大為0.5mm，較差中誤差達(dá)到了0.3mm的級(jí)別。
1.2探測(cè)效益高
隨著機(jī)載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的不斷完善，通過(guò)合成孔徑雷達(dá)探測(cè)的無(wú)人機(jī)已經(jīng)應(yīng)運(yùn)而生并且防范應(yīng)用，在地形測(cè)繪測(cè)量中，20KM內(nèi)相對(duì)靜態(tài)的地理定位，無(wú)人機(jī)完成探測(cè)任務(wù)僅需15至20分鐘即可，當(dāng)用于快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站間距在15KM時(shí)，觀測(cè)時(shí)間便可縮短至1-2min。通過(guò)機(jī)載合成孔徑雷達(dá)的無(wú)人機(jī)觀測(cè)與雷達(dá)基站的綜合應(yīng)用，地理地形的探測(cè)工作可以增加實(shí)際效益，縮短耗費(fèi)時(shí)間，降低應(yīng)用成本。
1.3系統(tǒng)綜合、操作便捷
整合性的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)是綜合型的應(yīng)用系統(tǒng)，配合使用的雷達(dá)基站間不需要相互通視便可實(shí)施有效監(jiān)測(cè)及相關(guān)任務(wù)，通過(guò)系統(tǒng)的自主調(diào)控以及后臺(tái)大型數(shù)據(jù)處理機(jī)制，地理地形的測(cè)繪工作將會(huì)顯得比較輕松，并且耗費(fèi)的人力、物理也相應(yīng)減少。由于無(wú)需點(diǎn)間通視，點(diǎn)位位置可根據(jù)需要，可稀可密，使雷達(dá)站點(diǎn)的選址工作變得靈活多變，可以省去過(guò)去經(jīng)典的大地網(wǎng)中的傳算點(diǎn)、過(guò)渡點(diǎn)的測(cè)量工作。
科學(xué)的進(jìn)步也帶動(dòng)了系統(tǒng)的發(fā)送、接收機(jī)制的發(fā)展，系統(tǒng)的自動(dòng)化程度也越來(lái)越高，相應(yīng)組件的構(gòu)造與體積越來(lái)越精巧，相應(yīng)的減輕了測(cè)量工作的工作繁重程度，使得地形測(cè)繪輕松簡(jiǎn)便。
1.4提供三維坐標(biāo)、全天候作業(yè)
地理地形的測(cè)量方式可以采用不同的方式進(jìn)行，經(jīng)典的大地測(cè)量方法將平面與高程度采用不同方法分別施測(cè)。合成孔徑雷達(dá)可同時(shí)精確測(cè)定相應(yīng)地形相應(yīng)目標(biāo)的三維坐標(biāo)，并且可以實(shí)現(xiàn)四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。
機(jī)載合成孔徑雷達(dá)可裝載在無(wú)人機(jī)、高空偵查機(jī)、衛(wèi)星等高空載具中，可以全天24小時(shí)實(shí)施測(cè)量工作，不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等環(huán)境天氣的影響。
2.機(jī)載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用
最初的合成孔徑雷達(dá)的設(shè)計(jì)目的是應(yīng)用于導(dǎo)航，情報(bào)收集等軍事領(lǐng)域。隨著技術(shù)發(fā)展，民用等軍事領(lǐng)域之外的應(yīng)用前景也相當(dāng)廣泛，由于合成孔徑雷達(dá)的諸多高性能特性及優(yōu)點(diǎn)，注定其在各行各業(yè)有著廣闊的應(yīng)用空間。
通過(guò)合成孔徑雷達(dá)發(fā)送與接收的頻段脈沖信號(hào)，可以進(jìn)行海、空、陸的測(cè)量測(cè)繪、精確定位以及實(shí)時(shí)監(jiān)控等。在于地形測(cè)繪鄰域，合成孔徑雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)用于建立高精度的全國(guó)性大地測(cè)量控制收發(fā)網(wǎng)絡(luò)，測(cè)定大范圍的地形動(dòng)態(tài)參數(shù)，用于建立陸地海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)，進(jìn)行高精度的島嶼、丘陵、平原、海洋等多種地形地貌的聯(lián)測(cè)，用于檢測(cè)地球板塊運(yùn)動(dòng)和地殼形態(tài)移動(dòng)以及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，還可以應(yīng)用于工程測(cè)量當(dāng)中，成為建立城市與工程控制網(wǎng)絡(luò)的主要手段，合成孔徑雷達(dá)可以測(cè)定航空航天攝影瞬間的相機(jī)的相對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)少量地面控制或者無(wú)地面控制的航測(cè)快速成圖，從而從多方位、多領(lǐng)域?qū)Φ乩硇畔⑾到y(tǒng)、全球環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)的技術(shù)發(fā)展起到促成推進(jìn)作用。
3.機(jī)載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展前景
隨著我國(guó)的技術(shù)創(chuàng)新以及科技發(fā)展，機(jī)載合成孔徑能夠獲得廣泛的應(yīng)用空間，特別在無(wú)人機(jī)、電子產(chǎn)業(yè)火速發(fā)展的今天。
在大地測(cè)量鄰域，通過(guò)機(jī)載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)可以開(kāi)展國(guó)際聯(lián)測(cè)，各地大范圍、多地形地貌的聯(lián)測(cè)。經(jīng)過(guò)平臺(tái)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)連接整合，很有希望能夠建立起全球性的大地地形地貌控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠?yàn)榈攸c(diǎn)提供高精度的坐標(biāo)，測(cè)定和精化大地水準(zhǔn)面。經(jīng)過(guò)大型數(shù)據(jù)處理機(jī)制，雷達(dá)探測(cè)地形坐標(biāo)精度獎(jiǎng)金0.2m，并且能夠聯(lián)測(cè)地形的集合水準(zhǔn)，為我國(guó)的地理地形測(cè)繪建立了各級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)，提供高精度的平面與高程三維基準(zhǔn)。使得全國(guó)大范圍的地形、平原、丘陵、島嶼、海洋聯(lián)結(jié)為整體的三維地形庫(kù)。
工程測(cè)量領(lǐng)域，運(yùn)用合成孔徑雷達(dá)技術(shù)，能夠?qū)o態(tài)工程位點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，實(shí)施地形測(cè)量，從而根據(jù)測(cè)量實(shí)際數(shù)據(jù)布設(shè)精密工程控制網(wǎng)，可用于城市、礦區(qū)、油田等重要地形地段的沉降監(jiān)測(cè)、地殼板塊的動(dòng)向監(jiān)控、高層建筑的變形監(jiān)測(cè)以及隧道、河道、橋梁貫通測(cè)量等精密工程。
航空攝影地形測(cè)量領(lǐng)域，我國(guó)測(cè)繪工作者通過(guò)高空無(wú)人機(jī)、氣象無(wú)人機(jī)、電子偵察機(jī)等多種機(jī)載合成孔徑雷達(dá)載具進(jìn)行相關(guān)任務(wù)工作，如航測(cè)外業(yè)控制測(cè)量、航攝飛機(jī)導(dǎo)航、機(jī)載雷達(dá)航測(cè)等匯聚數(shù)據(jù)形成三維坐標(biāo)圖形。
地球動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，機(jī)載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于地形地殼板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)以及區(qū)域板塊的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，另外該技術(shù)還應(yīng)用與海洋測(cè)量、水下地形測(cè)繪等相關(guān)領(lǐng)域。在靜態(tài)定位與動(dòng)態(tài)定位測(cè)繪時(shí)，合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)需要整合相關(guān)測(cè)量測(cè)控設(shè)備的配合與數(shù)據(jù)接收整合，如低軌衛(wèi)星，地面雷達(dá)基站等多方位探測(cè)設(shè)備，通過(guò)平臺(tái)統(tǒng)一的處理指令，可以實(shí)施靜態(tài)定位與高動(dòng)態(tài)高精度定位測(cè)繪以及精密定軌監(jiān)控等高難度任務(wù)。
結(jié)束語(yǔ)
機(jī)載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)不僅廣泛應(yīng)用于地形測(cè)繪監(jiān)控，同時(shí)在軍事國(guó)防、智能交通、郵電通信、地礦、能源開(kāi)采、工程建筑、海洋探測(cè)、高空監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)、氣象氣候、土地規(guī)劃管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、金融、安防等部門行業(yè)，還可以在航空航天、測(cè)時(shí)授時(shí)、物理探礦、姿態(tài)測(cè)定等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵字：地質(zhì)雷達(dá) 公路路基 病害 無(wú)損檢測(cè)
中圖分類號(hào)：U213.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
1概況
近年來(lái), 我國(guó)城市公路（道路）建設(shè)突飛猛進(jìn), 由于公路建設(shè)的施工質(zhì)量參差不齊、目前施工工藝限制、車輛超載超重、地下水（或管道滲漏）沖刷等多種原因, 開(kāi)始出現(xiàn)各種各樣的病害, 如空洞、不密實(shí)、沉陷等，公路路基大面積塌陷事故屢見(jiàn)不鮮。居安思危，為預(yù)防事故的發(fā)生, 需要對(duì)公路路基質(zhì)量進(jìn)行公路病害無(wú)損檢測(cè)。傳統(tǒng)的鉆芯取樣、開(kāi)挖取樣檢測(cè)手段最大的優(yōu)點(diǎn)是直觀,但是效率低, 代表性差, 成本高, 而且具有破壞性。而瑞雷面波法和高密度電阻率法雖然是無(wú)損檢測(cè)、可靠性高，但是效率低，且成本較高。地質(zhì)雷達(dá)又稱探地雷達(dá)(Ground PenetratingRadar,簡(jiǎn)稱GPR) , 近年來(lái)其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣, 技術(shù)越來(lái)越成熟。地質(zhì)雷達(dá)在路基檢測(cè)中具有高效、無(wú)損、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn), 且有很高的分辨率, 檢測(cè)質(zhì)量可靠。
2地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的工作原理
地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是一種對(duì)地下的或物體內(nèi)不可見(jiàn)的部分進(jìn)行定位的電磁技術(shù)。工作原理為:利用超高頻( 106～109 Hz)電磁波以寬頻帶脈沖形式,通過(guò)發(fā)射天線定向送入地下或工程實(shí)體內(nèi), 經(jīng)存在電性差異的地下地層或目標(biāo)體反射后返回地面, 由接收天線接收。高頻電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí), 其路徑電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過(guò)介質(zhì)的電性特征及幾何形態(tài)而變化。電磁波在有耗介質(zhì)中傳播時(shí), 遇到地下介質(zhì)不均勻、介電常數(shù)有差異時(shí)便會(huì)發(fā)生反射, 其發(fā)射系數(shù)由介電常數(shù)決定。故通過(guò)對(duì)時(shí)域波形的采集、處理和分析, 可確定地下界面或構(gòu)造物的空間位置及結(jié)構(gòu)。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)深度范圍和分辨率與所使用的天線頻率有關(guān)。不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)或不同的工程實(shí)體需要不同的天線頻率。工作原理如圖1、圖2 所示。
物體的電磁特性主要由相對(duì)介電常數(shù)和電導(dǎo)率決定。與公路路基路面結(jié)構(gòu)相關(guān)的介質(zhì)電磁參數(shù)見(jiàn)表1所列。
介質(zhì)間的電磁特性差異越大, 其介質(zhì)間的界面越易識(shí)別。電磁波在界面處會(huì)產(chǎn)生大量的反射和相對(duì)較少的透射。相對(duì)介電常數(shù)與界面處反射率大小的關(guān)系為
(1)
其中：為反射率; 1為介質(zhì)1的相對(duì)介電常數(shù); 2為介質(zhì)2的相對(duì)介電常數(shù)。
由式( 1) 可知, 反射系數(shù)的大小主要取決于反射界面兩側(cè)介質(zhì)介電常數(shù)的差異, 差異越大反射信號(hào)越強(qiáng), 反之反射信號(hào)越差。在對(duì)地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理的基礎(chǔ)上, 根據(jù)雷達(dá)波形、電磁場(chǎng)強(qiáng)度、振幅和雙程走時(shí)等參數(shù)便可推算出路面下的情況。
由于材料的電磁特性不同, 當(dāng)雷達(dá)波透過(guò)不同材料時(shí), 其速度不同。速度是材料介電常數(shù)的一個(gè)函數(shù), 且一種電磁波透過(guò)不同材料的速度與材料的相對(duì)介電常數(shù)的平方根成反比。目標(biāo)體到測(cè)線的垂直距離計(jì)算為式( 2) :
(2)
式中: d 為目標(biāo)體到測(cè)線的垂直距離(m) ; T 為記錄的反射電磁波雙程走時(shí)(ns) ;X 為發(fā)射天線與接收天線之間的距離(m) ; v 為電磁波在介質(zhì)中的傳播速度(m/ns) 。
(3)
其中, C 為光速( 0.3 m/ns)；為介質(zhì)介電常數(shù), 可以利用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或測(cè)定獲得。
以下結(jié)合杭州市區(qū)某公路路基病害檢測(cè)的實(shí)例, 根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)剖面上的異常特征對(duì)其進(jìn)行分析。
3數(shù)據(jù)采集
現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采用加拿大探頭與軟件公司生產(chǎn)的pulseEKKO PRO 型地質(zhì)雷達(dá), 采用反射法測(cè)量。在滿足檢測(cè)范圍的前提下, 并考慮到高壓線和汽車等干擾因素, 所以選擇中心頻率250 MHz 的屏蔽天線。根據(jù)選定的天線主頻, 采樣率取值0.4 ns; 天線收發(fā)距0.38 m; 天線步距0.05 m, 滾輪觸發(fā)。系統(tǒng)疊加次數(shù)4,可以壓制隨機(jī)干擾, 而且不影響采集速度。電磁波在探測(cè)范圍內(nèi)的傳播速度初步擬定為0.1 m/ns, 以便在檢測(cè)過(guò)程中實(shí)時(shí)觀察, 排除干擾因素, 有利于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和解釋。測(cè)線主要布置在行車道上, 沿著道路的縱向, 對(duì)懷疑路段可增加橫向測(cè)線, 從而有效圈定病害范圍。
4數(shù)據(jù)處理
本次地質(zhì)雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理方法主要步驟為預(yù)處理、濾波、反褶積、偏移歸位處理以及其它相關(guān)的信號(hào)處理方法。
首先，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。包括格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)校正等后續(xù)工作所需的前期工作；然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，保留有效波；第三步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反褶積處理，壓制多次干擾波，提高垂向分辨率；第四步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行振幅處理，提高深處波形的振幅，使能量較弱的波形易于識(shí)別；最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移處理，提高資料的橫向分辨率，使界面回歸其真實(shí)位置。當(dāng)數(shù)據(jù)質(zhì)量不是特別理想或者為了更加確定地下目標(biāo)體的分布，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)信號(hào)分析，通過(guò)對(duì)比處理剖面同瞬時(shí)振幅、瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)相位的剖面，可對(duì)資料解釋提供進(jìn)一步的依據(jù)。
5 成果解釋
路基填筑時(shí)全線采用的填料與施工工藝基本相同, 因此沿線路走向材質(zhì)應(yīng)該是均勻的, 雷達(dá)圖像特征也應(yīng)基本相同, 即路基介質(zhì)對(duì)雷達(dá)波反射形成的同相軸應(yīng)該是連續(xù)的（圖3為歷史正常公路地質(zhì)雷達(dá)剖面波形圖）。
路基出現(xiàn)病害后, 不同填料結(jié)構(gòu)界面破壞、變形。這些病害會(huì)引起雷達(dá)波的急劇衰減和強(qiáng)烈反射的發(fā)生, 在雷達(dá)剖面圖上表現(xiàn)為振幅變化、同相軸不連續(xù)。另外由于病害區(qū)段介質(zhì)電性與周圍明顯不同, 在雷達(dá)剖面圖上可能表現(xiàn)為圖像紊亂。分析雷達(dá)剖面圖像反射波的衰減、同相軸連續(xù)性和波形形狀等, 可得到病害類型、位置、范圍、嚴(yán)重程度等信息。
本次公路路基檢測(cè)最典型的病害為土層脫空或擾動(dòng)異常。土層脫空或擾動(dòng)異常通常是介質(zhì)不均勻，與周圍介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)存在較大差異。由于土層疏松、較多小孔隙分布或含水量不均勻, 在雷達(dá)波形圖中表現(xiàn)為反射波較多、規(guī)模小、不連續(xù)、反射能量強(qiáng)弱變化較大, 整個(gè)剖面較為紊亂, 與正常的雷達(dá)圖象相比層狀同相軸少, 與空洞異常相比, 兩端的繞射幅度較小, 甚至察覺(jué)不出, 典型不密實(shí)異常如圖4-8所示。
圖41號(hào)測(cè)線地質(zhì)雷達(dá)波形圖
紅色異常區(qū)域在10.2～14.4m位置處，深度范圍1.8m～2.2m，為土層脫空或擾動(dòng)異常
圖52號(hào)測(cè)線地質(zhì)雷達(dá)波形圖
紅色異常區(qū)域位于水平4.8～7.8m，深度1.7m～2.2m處，為土層脫空或擾動(dòng)異常
圖63號(hào)測(cè)線地質(zhì)雷達(dá)波形圖
紅色異常區(qū)域位于水平10.1～11.3m、 13.0～13.9m，深度1.0m～1.7m、3.1m～3.70m處，為土層脫空或擾動(dòng)異常
圖74號(hào)測(cè)線地質(zhì)雷達(dá)波形圖
紅色異常區(qū)域位于水平6.1～7.8m，深度1.9m～2.4m處，為土層脫空或擾動(dòng)異常
圖85號(hào)測(cè)線地質(zhì)雷達(dá)波形圖
紅色異常區(qū)域位于水平6.1～7.8m，深度1.5m～1.8m處，推測(cè)為土層脫空或擾動(dòng)異常
6 結(jié)語(yǔ)
本次公路路基病害檢測(cè)結(jié)果與后期鉆孔取樣所得結(jié)果符合很好，因此本次地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)是成功的，達(dá)到了本次檢測(cè)的目的。
在公路工程的病害檢測(cè)中,地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用取得明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)具有經(jīng)濟(jì)，高效，非破壞性等優(yōu)點(diǎn)，探測(cè)精度高，分辨率高。在公路路基病害的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)方面必將有廣泛的應(yīng)用前景。
地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)作為一種對(duì)隱蔽工程的探測(cè)手段, 除了具有科學(xué)性的一方面外, 同時(shí)也存在局限性、多解性、片面性。如探測(cè)深度的問(wèn)題。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)的分辨率很高(可達(dá)cm級(jí)),電磁波的頻率越高，電磁波在地下介質(zhì)中衰減的越迅速，探測(cè)深度越小，同時(shí)分辨率也跟著降低。而且雷達(dá)的電磁脈沖信號(hào)的傳播取決于探測(cè)的高頻電性(介電常數(shù)ε),因此其探測(cè)深度和精度亦取決于探測(cè)介質(zhì)的特性。在諸如砂、礫石及淡水這樣的低導(dǎo)電率介質(zhì)中,地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)深度可達(dá)數(shù)十米,但在粘土、淤泥及含鹽或受污染的土壤這樣一些導(dǎo)電介質(zhì)中,探測(cè)深度只有幾米。所以應(yīng)在地質(zhì)雷達(dá)的硬件方面加強(qiáng)地質(zhì)雷達(dá)的儀器開(kāi)發(fā)、改進(jìn)，提高儀器靈敏度，加大探測(cè)深度、精度。
關(guān)鍵詞：雷達(dá)技術(shù)；發(fā)展規(guī)律；發(fā)展趨勢(shì)
1.雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展概述
在二十世紀(jì)三十年代，雷達(dá)技術(shù)開(kāi)始發(fā)展，從二戰(zhàn)時(shí)期起在各大戰(zhàn)役中發(fā)揮著很大的作用，經(jīng)歷了實(shí)戰(zhàn)的洗禮之后，大大的推動(dòng)雷達(dá)技術(shù)理論的完善和對(duì)應(yīng)用的深入探索，現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)理論方法、體質(zhì)機(jī)制及技術(shù)應(yīng)用均得到了很大程度的發(fā)展，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，雷達(dá)裝備技術(shù)在環(huán)境條件、目標(biāo)任務(wù)以及雷達(dá)的研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)等，均發(fā)生了變化。雷達(dá)的發(fā)展可分為以下幾個(gè)階段：1、以電子管、非相參為主。為了勘探飛機(jī)等飛行物。2、以各項(xiàng)性能比較高的全相參為主。為了應(yīng)對(duì)防空作戰(zhàn)的局勢(shì)。3、以大規(guī)模的集成電路、全固態(tài)為主。4、以多功能、自適應(yīng)和對(duì)目標(biāo)識(shí)別準(zhǔn)確度的技術(shù)為主。為應(yīng)對(duì)現(xiàn)代越來(lái)越發(fā)達(dá)的科技產(chǎn)物。
2.對(duì)雷達(dá)裝備技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生影響的內(nèi)外因素
2.1內(nèi)部因素
影響雷達(dá)裝備技術(shù)的內(nèi)部因素有三個(gè)方面：資源、方式、能力。資源指的是雷達(dá)在波形、極化、平臺(tái)等資源方面的所利用的程度。方式即是其獲得相關(guān)信息的各類方法及途徑，其中含括布設(shè)、運(yùn)動(dòng)、構(gòu)型、配置等多種方式，另外這個(gè)因素對(duì)雷達(dá)技術(shù)的影響最大，在技術(shù)創(chuàng)新中有著主導(dǎo)性的影響。能力說(shuō)的是雷達(dá)裝備技術(shù)運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)中最后所呈現(xiàn)出的能力。三個(gè)內(nèi)部因素在雷達(dá)裝備技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，對(duì)其有著非常重要的作用力，推動(dòng)著其發(fā)展和完善。
2.2外部因素
對(duì)雷達(dá)技術(shù)產(chǎn)生影響的外部因素有三個(gè)主要的方面：環(huán)境、目標(biāo)、任務(wù)。環(huán)境因素比較復(fù)雜且多變。雷達(dá)的工作環(huán)境，所處的生存環(huán)境和磁場(chǎng)環(huán)境、需要勘探的目標(biāo)周圍的未知環(huán)境，都存在復(fù)雜性和未知性。雷達(dá)所需應(yīng)對(duì)的目標(biāo)是有著多樣性這一特殊點(diǎn)，主要表現(xiàn)在種類的構(gòu)型、活動(dòng)的空間、運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)、頻譜、極化等方面的復(fù)雜性。任務(wù)因素多元化，雷達(dá)技術(shù)在作戰(zhàn)方面的的應(yīng)用范圍要廣，才可以滿足實(shí)戰(zhàn)的多元性。
3.雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展規(guī)律特點(diǎn)
3.1頻譜資源的占用更廣
經(jīng)過(guò)大量研究表明雷達(dá)技術(shù)在頻譜資源方面更加寬泛，這讓雷達(dá)的縱向分辨能力以及定位的精確度更高，另外所占的空間譜越來(lái)越大，很大程度上提高了雷達(dá)在橫向分辨能力以及定位方面的準(zhǔn)確度。
3.2雷達(dá)勘探的方式從低緯度逐漸向高緯度發(fā)展
雷達(dá)技術(shù)的觀測(cè)視角覆蓋，探測(cè)器構(gòu)型及信號(hào)的空間維度，這三方面是主要體現(xiàn)雷達(dá)探測(cè)維度的體現(xiàn)，其完善程度也充分代表著雷達(dá)裝備技術(shù)的成長(zhǎng)階段。此外雷達(dá)技術(shù)在資源方面的消耗程度也在逐漸增多。
3.3內(nèi)外因素對(duì)雷達(dá)裝備技術(shù)發(fā)展的綜合影響
在雷達(dá)裝備技術(shù)的發(fā)展中避免不了遭遇到內(nèi)部外部因素的各種影響，其外部影響中環(huán)境、目標(biāo)以及任務(wù)牽制著雷達(dá)裝備技術(shù)的進(jìn)展方向，內(nèi)部影響中雷達(dá)技術(shù)的資源、能力、方式，這涉及到雷達(dá)技術(shù)的可行性以及其認(rèn)知程度及其他方面的問(wèn)題，一方面也約束著雷達(dá)在技術(shù)發(fā)展上的步伐，有著決定性影響。
4.雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展歷程及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)分析
4.1雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展歷程
大致可以分為以下幾個(gè)階段：
1、二十世紀(jì)中前五十年。在這一階段中，戰(zhàn)爭(zhēng)頻發(fā)，飛機(jī)被廣泛用于戰(zhàn)爭(zhēng)，飛機(jī)靈活，在上空，不易察覺(jué)，所以當(dāng)時(shí)對(duì)飛機(jī)的探測(cè)成了當(dāng)時(shí)關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)，這就很大程度的推進(jìn)了雷達(dá)技術(shù)在理論方面、技術(shù)方面、實(shí)踐方面的進(jìn)步。在這個(gè)時(shí)期的雷達(dá)視角單一，呈點(diǎn)狀分布，單一勘測(cè)器構(gòu)型和一維的信號(hào)處理，基本滿足當(dāng)時(shí)戰(zhàn)爭(zhēng)需求。
2、二十世紀(jì)后期三十年。雷達(dá)技術(shù)在理論、技術(shù)等各個(gè)方面都有著突破性的進(jìn)展，中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈及軍事衛(wèi)星等很多高科技被研發(fā)出來(lái)，并且被大規(guī)模的應(yīng)用到戰(zhàn)爭(zhēng)中，雷達(dá)裝備技術(shù)的發(fā)展在這一刺激下，獲得了很大程度上的推動(dòng)，并大規(guī)模的在軍事上應(yīng)用。這一時(shí)期雷達(dá)的具有一維的多視角式布局、二維的信號(hào)處理、多類探測(cè)器的簡(jiǎn)單式構(gòu)型等特別點(diǎn)。
3、二十一世紀(jì)前后五十年。國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)著科技的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的高科技出現(xiàn)，這就造成了高科技的局部性戰(zhàn)爭(zhēng)的爆發(fā)，新型的軍事就要來(lái)了，這將是軍事的一個(gè)變革的時(shí)期。這一時(shí)期，雷達(dá)的具有二維度多視角的分布，多類探測(cè)器的共形式構(gòu)型和多維度的信號(hào)處理等特點(diǎn)。
4、再之后的五十年。這是雷達(dá)技術(shù)目前所在的階段，此階段將是數(shù)字化的年代，雷達(dá)技術(shù)在此階段，將會(huì)有更多的創(chuàng)新，為了適應(yīng)這一階段，將不斷的完善基礎(chǔ)理論及技術(shù)。數(shù)字共形相控陣式雷達(dá)、雙多基的SAR與三維的SAR等很多新研發(fā)的雷達(dá)技術(shù)可以會(huì)進(jìn)行技術(shù)整合，在實(shí)際戰(zhàn)爭(zhēng)中進(jìn)行檢測(cè)。這一時(shí)期的雷達(dá)技術(shù)也許會(huì)具有三維度的多視角式分布、多維度的信號(hào)處理和多類探測(cè)器的復(fù)雜式構(gòu)型等特別地方。
結(jié)束語(yǔ)：
本文對(duì)雷達(dá)技術(shù)的影響因素、發(fā)展歷程及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析概述，雷達(dá)裝備技術(shù)的發(fā)展很大程度受到當(dāng)時(shí)局面的影響，為滿足當(dāng)時(shí)軍事需求，進(jìn)行改進(jìn)。近一步深入了解雷達(dá)裝備技術(shù)在發(fā)展中所呈現(xiàn)的規(guī)律，這給雷達(dá)裝備技術(shù)的發(fā)展走向提供了很有意義的重要依據(jù)，所以研究人員及研究機(jī)構(gòu)，要對(duì)雷達(dá)裝備技術(shù)的發(fā)展歷程進(jìn)行身日的了解及分析，總結(jié)其在發(fā)展中所呈現(xiàn)的規(guī)律，歸納其發(fā)展中的特點(diǎn)，與當(dāng)今技術(shù)相對(duì)比，對(duì)未來(lái)的技術(shù)發(fā)展進(jìn)行規(guī)劃，讓雷達(dá)裝備技術(shù)在研究領(lǐng)域方面對(duì)發(fā)展的主流的歷史、當(dāng)今和未來(lái)的情況有把握，明確雷達(dá)裝備技術(shù)在未來(lái)的目標(biāo)，確定科學(xué)的研究方向，制定研究方式，從而推動(dòng)來(lái)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：小型機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)；植被覆蓋區(qū)三維測(cè)繪；電力優(yōu)化選線
中圖分類號(hào)：TN958.98 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0.引言
輸電線路勘測(cè)優(yōu)化設(shè)計(jì)在是輸電線路工程中最基礎(chǔ)最重要的工作，優(yōu)化設(shè)計(jì)輸電線路路徑需要綜合考慮行政規(guī)劃、運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)合理、施工難度、檢修方面等因素。而在輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)工程中，特別是工程工期緊、測(cè)繪面積較大、精度要求高且測(cè)區(qū)地形較為復(fù)雜的情況下，輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)難度較大，尤其是在我國(guó)西南地區(qū)以高山大嶺為主，地形起伏大，植被覆蓋率高且平丘地區(qū)房屋密集，分布不規(guī)則。傳統(tǒng)的線路優(yōu)化設(shè)計(jì)主要采用的測(cè)量方法是工測(cè)量方法或者工程測(cè)量與航測(cè)相結(jié)合的方法。傳統(tǒng)的線路優(yōu)化設(shè)計(jì)方法具有外業(yè)勞動(dòng)力強(qiáng)大，數(shù)據(jù)精度低且無(wú)法獲取植被以下地形及交叉跨越的高度，工期比較長(zhǎng)等缺點(diǎn)。將激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于電力線路優(yōu)化設(shè)計(jì)中能降低選線難度，提高設(shè)計(jì)效率。因?yàn)闄C(jī)載激光雷技術(shù)具有數(shù)據(jù)產(chǎn)品豐富、數(shù)據(jù)精度高，能夠獲取植被以下的地形及交叉跨越高度且自動(dòng)化程度高，能夠保證線路走向合理，大大降低外業(yè)工作量，縮短工期等優(yōu)點(diǎn)。
我單位采用綿陽(yáng)天眼激光科技有限公司自主研發(fā)的小型激光雷達(dá)測(cè)繪系統(tǒng)搭載在動(dòng)力三角翼上對(duì)四川廣元某山區(qū)測(cè)區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，應(yīng)用高精度激光雷達(dá)數(shù)據(jù)成果，在基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)輸電線路三維優(yōu)化選線軟件中進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，高效快速對(duì)該區(qū)線路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低了選線難度，提高了工作效率，具有良好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。
1.小型機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1.1 機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)原理
機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)是集激光測(cè)距、全球定位系統(tǒng)（GPS）、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（IMU）及高分辨率航拍相機(jī)于一體的系統(tǒng)。利用高精度的激光掃描測(cè)距技術(shù)獲取三維激光點(diǎn)云、慣性導(dǎo)航單元系統(tǒng)獲取飛行平臺(tái)姿態(tài)信息、機(jī)載GPS獲取飛行平臺(tái)的空間三維位置信息；利用高分辨率數(shù)碼相機(jī)獲取真彩色數(shù)據(jù)影像。機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量原理：機(jī)載激光雷達(dá)激光腳點(diǎn)定位采用飛行航跡來(lái)計(jì)算激光腳點(diǎn)的坐標(biāo)。因此基行航跡和系統(tǒng)瞬時(shí)姿態(tài)的激光點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算如公式（1）所示，公式（1）中的L是瞬時(shí)激光脈沖源到地物的距離，基行時(shí)間測(cè)量原理的測(cè)距由公式（2）求得。公式（1）中是激光發(fā)射角，XL、YL、ZL是激光器的位置坐標(biāo)，通同轉(zhuǎn)換矩陣就可以精確的計(jì)算出每一個(gè)地面光斑的XG、YG、ZG。
機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)包括以下4部分：機(jī)載激光掃描雷達(dá)單元；DGPS及IMU慣性導(dǎo)航單元；高分辨率航拍相機(jī)；系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄存儲(chǔ)單元。各部分用以太網(wǎng)協(xié)議交換數(shù)據(jù)，供電選用航空電池供電。小型激光雷達(dá)系統(tǒng)原理如圖1所示，不需要或需要極少地面控制點(diǎn)即可快速獲取地表及植被以下地表的精確三維信息。
1.2 小型機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)在輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
小型機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)以其體積小、重量輕且精度高等優(yōu)點(diǎn)，選擇的飛行平臺(tái)較為靈活，快速響測(cè)繪作業(yè)任務(wù)且數(shù)據(jù)采集周期短。搭載平臺(tái)可以選擇有人直升機(jī)、無(wú)人機(jī)、無(wú)人氦氣飛艇及動(dòng)力三角翼等，根據(jù)任務(wù)需求可以選擇不同的飛行平臺(tái)。針對(duì)本次山區(qū)及植被較為密集的作業(yè)區(qū)域，選擇搭載動(dòng)力三角翼作為飛行平臺(tái)對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)具有穿透性，能夠獲取植被以下高精度地形數(shù)據(jù)及交叉跨越高度；數(shù)據(jù)精度高、點(diǎn)云密度高；且能快速高效進(jìn)行作業(yè)；數(shù)據(jù)產(chǎn)品豐富，能獲取高精度的三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)和高分辨率數(shù)碼影像經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理得到高精數(shù)字高程模型DEM、數(shù)字表面模型DSM、高分辨率數(shù)字正射影像DOM及精細(xì)分類的點(diǎn)云數(shù)據(jù)（包括電力線點(diǎn)、植被點(diǎn)、房屋點(diǎn)）等。
機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)成果，在電力選線以及后期設(shè)計(jì)工作中提供多種輔助參考信息。生成的高精度DEM數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)獲取線路各個(gè)方向斷面信息及塔基地形、塔基斷面；通過(guò)數(shù)據(jù)分類處理，獲取地面、電力線三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員在室內(nèi)即可完成線路交叉跨越測(cè)量工作；高分辨率真彩正射影像DOM利于選線避開(kāi)房屋、庫(kù)區(qū)、墳?zāi)沟戎匾匚铮C合參考DEM和DSM可實(shí)時(shí)獲取房高樹(shù)高，精確評(píng)估樹(shù)木砍伐量與房屋拆遷量等；DEM結(jié)合DOM得到真實(shí)的三維場(chǎng)景，可從不同視角查看線路周圍的地物、地貌信息，直觀可視的三維地形瀏覽及選線，大幅度提高工作效率。
2.技術(shù)路線
基于小型機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在植被覆蓋區(qū)輸電線路勘測(cè)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的工程應(yīng)用主要技術(shù)內(nèi)容包括數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)應(yīng)用。采用小型機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行電力選線數(shù)據(jù)的獲取具體技術(shù)路線如圖2所示。
機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的原始數(shù)據(jù)包括原始激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)、原始數(shù)碼影像、慣性導(dǎo)航（IMU）數(shù)據(jù)、機(jī)載GPS數(shù)據(jù)、地面基站GPS數(shù)據(jù)。對(duì)機(jī)載激光雷達(dá)獲取的數(shù)據(jù)處理技術(shù)路線如圖3所示。
經(jīng)上述數(shù)據(jù)處理后得到的數(shù)據(jù)成果高分辨率德胗跋DOM、高精度數(shù)字高程模型DEM、高精度數(shù)字表面模型DSM及精細(xì)分類后的電力線點(diǎn)云數(shù)據(jù)LAS，加載于專門基于LIDAR數(shù)據(jù)成果的三維輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)激光雷達(dá)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理與瀏覽，進(jìn)行三維選線，主要技術(shù)路線如圖4所示。
3.工程應(yīng)用
我公司應(yīng)用小型機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)，對(duì)地勢(shì)起伏較大且植被覆蓋率高的廣元中子（中子-明月峽220kV線路工程、中子-雪峰220kV線路工程）約86km的輸電線路工程勘測(cè)優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)用動(dòng)力三角翼搭載機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)繪系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)數(shù)據(jù)處理制作高精度DEM、DSM、高分辨率DOM及精細(xì)分類電力線點(diǎn)云。運(yùn)用三維輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)該工程進(jìn)行室內(nèi)快速可視化三維優(yōu)化選線設(shè)計(jì)。
3.1 工程測(cè)區(qū)概述
廣元中子鎮(zhèn)位于廣元市朝天區(qū)東北部，屬于低中山區(qū)，南北邊緣高峰聳立，海拔在500m～1600m，植被^為密集，高差較大。本次220kV輸電線路工程包括中子鎮(zhèn)―明月峽鄉(xiāng)、中子鎮(zhèn)―雪峰鄉(xiāng)兩條線路，測(cè)區(qū)全長(zhǎng)約86km。
3.2 數(shù)據(jù)采集
在航測(cè)前，進(jìn)行控制點(diǎn)的踏勘、選址和埋設(shè)樁位，用于靜態(tài)觀測(cè)。GPS網(wǎng)形規(guī)劃與控制點(diǎn)之分布有關(guān)，為使整個(gè)網(wǎng)形的點(diǎn)位誤差分布均勻，在測(cè)區(qū)布設(shè)4個(gè)基站，覆蓋測(cè)區(qū)。結(jié)合小型機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，對(duì)航高、航速、相機(jī)鏡頭焦距及曝光速度、掃描頻率等航攝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；為獲取高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，本次工程共設(shè)計(jì)了兩條航線，能充分滿足測(cè)區(qū)的帶寬和激光點(diǎn)云密度要求。
3.3 數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)后處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理是對(duì)的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)大地定向和計(jì)算影像外方位元素；數(shù)據(jù)后處理是在預(yù)處理的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)點(diǎn)云去噪、濾波及精細(xì)分類，快速自動(dòng)分離出精細(xì)的地面點(diǎn)（圖5）及分類后的電力線點(diǎn)云數(shù)據(jù)（圖6），可以快速提取交叉跨越高度。通過(guò)對(duì)精細(xì)的地面點(diǎn)構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)格TIN即可快速生成DEM數(shù)據(jù)（圖7），去噪后的所有地物點(diǎn)即可快速生成DSM。使用精細(xì)分類的地面點(diǎn)對(duì)數(shù)碼影像單張正射糾正，通過(guò)鑲嵌勻色即可生成高分辨率正射影像DOM（圖8）。
（1）精細(xì)分類后的地面點(diǎn)
（2）精細(xì)分類后高密度電力線點(diǎn)云數(shù)據(jù)用于獲取交叉跨越高度
（3）高精度數(shù)字高程模型DEM和數(shù)字表面模型DSM
（4）高分辨率正射影像DOM
3.4 線路優(yōu)化設(shè)計(jì)
通過(guò)后期數(shù)據(jù)處理得到的成果有DOM、DEM、DSM、分類后的電力線點(diǎn)云，將數(shù)據(jù)成果導(dǎo)入到基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)輸電線路三維優(yōu)化選線軟件中，充分利用機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)的多種數(shù)據(jù)成果，進(jìn)行室內(nèi)可視化電力線路選線優(yōu)化設(shè)計(jì)，為線路設(shè)計(jì)提供多種輔助信息，如房高樹(shù)高、面積坡度量測(cè)、線路交叉跨越高度測(cè)量、快速平斷面/塔基斷面/塔基地形圖等。
在三維輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中能夠快速對(duì)已有電力線路交叉跨越高度進(jìn)行量測(cè)（圖9）；在線路設(shè)計(jì)過(guò)程中基于精細(xì)DEM快速獲取不同方向、不同深度的斷面數(shù)據(jù)（包括植被以下區(qū)域）；高分辨率正射影像圖結(jié)合DSM數(shù)據(jù)可以從中精確量取待拆遷房屋面積及待砍伐植被面積，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)線路的優(yōu)化，減少線路與房屋、植被的跨越，同時(shí)對(duì)重要地物（高速路、鐵路等）跨越角度進(jìn)行評(píng)估（圖10）；根據(jù)優(yōu)化選線結(jié)果及DEM，可以快速自動(dòng)獲取線路平斷面圖、塔基斷面圖及塔基地形圖，最終優(yōu)化選線結(jié)果如圖11所示。
3.5 精度分析
通過(guò)外業(yè)實(shí)地檢查對(duì)本次植被覆蓋區(qū)輸電線路測(cè)區(qū)應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)勘測(cè)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行精度評(píng)估，整個(gè)測(cè)區(qū)獲取了高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，平均個(gè)平方米有6～7個(gè)點(diǎn)；整個(gè)線路測(cè)區(qū)高程中誤差為31cm，平面中誤差為65cm，完全滿足電力選線需求。
結(jié)語(yǔ)
通過(guò)應(yīng)用小型機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)在植被覆蓋區(qū)域輸電線路勘測(cè)優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)將小型機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)搭載在動(dòng)力三角翼上能夠快速靈活響應(yīng)工程需求，快速獲取線路走廊區(qū)域精細(xì)的三維地形數(shù)據(jù)且數(shù)據(jù)精度高，滿足電力設(shè)計(jì)精度要求；通過(guò)應(yīng)用基于LIDAR數(shù)據(jù)成果的三維輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)激光雷達(dá)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理與瀏覽，進(jìn)行三維優(yōu)化選線，為電力選線提供多種多樣的信息輔助選線，避免了大量的外業(yè)測(cè)量，減少了樹(shù)木砍伐量及房屋拆遷量，提高了作業(yè)效率，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn)
[1]徐祖艦，王滋政，陽(yáng)峰.機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)及工程應(yīng)用實(shí)踐[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2009.
[2]張小紅.機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)理論與方法[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2007.
關(guān)鍵詞：地形測(cè)量；水下地形測(cè)量；地面地形測(cè)量
地形測(cè)量包括很多種，其中測(cè)量難度比較大的有水下地形的測(cè)量、淤灘地形的測(cè)量、潮間帶地形的測(cè)量以及復(fù)雜地形的測(cè)量。創(chuàng)新地形測(cè)量方法，對(duì)簡(jiǎn)化測(cè)量過(guò)程，提高測(cè)量的精確度具有重要的意義。目前，激光雷達(dá)技術(shù)、海洋激光探測(cè)技術(shù)和超站儀測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用對(duì)地形測(cè)量的發(fā)展具有重要的意義。
一、水下測(cè)量的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)
（一） 網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的應(yīng)用方法
利用RTK技術(shù)來(lái)進(jìn)行水下地形的測(cè)量的步驟如下：第一，在測(cè)量的區(qū)域內(nèi)均勻的布置控制點(diǎn)，通過(guò)這些控制點(diǎn)來(lái)測(cè)量它的坐標(biāo)成果。第二，將控制點(diǎn)的WGS坐標(biāo)輸入到水上測(cè)量軟件中，并將轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算出來(lái)。第三，將測(cè)深儀的換能器以懸掛的方式固定在測(cè)量船的一側(cè)的中間位置，測(cè)量好換能器的吃水深度，然后調(diào)試好測(cè)深儀的聲速和吃水的參數(shù)。第四，安放GPS接收器，在安裝的過(guò)程中GPS接收機(jī)的天線最好能夠安裝在固定換能器桿的頂部，這樣能夠很好的保證測(cè)量點(diǎn)平面位置的準(zhǔn)確性。第五，在導(dǎo)航軟件上輸入水上測(cè)量的范圍，根據(jù)測(cè)量區(qū)域的情況與測(cè)量地圖的比例尺來(lái)完成測(cè)線的布置，同時(shí)設(shè)置好數(shù)據(jù)的采集方式，然后和網(wǎng)絡(luò)RTK與測(cè)深儀進(jìn)行連接，按照預(yù)先設(shè)置好的測(cè)線來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航并且進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集[1]。
（二）網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
相較于傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量技術(shù)有明顯的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
第一，網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量技術(shù)可以通過(guò)廣域差分的GPS和局域差分的GPS削弱系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中受到的其他干擾，從而保持測(cè)量結(jié)果的精準(zhǔn)性。第二，網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量技術(shù)和單站RTK測(cè)量技術(shù)相比，它的覆蓋面更廣；定位的精度更高，可以實(shí)時(shí)提供精確到厘米級(jí)的定位，定位的精度不會(huì)受到距離的影響；同時(shí)可靠性非常強(qiáng)。第三，網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量技術(shù)的基準(zhǔn)站上配置了雙頻全波長(zhǎng)的GPS接收機(jī)，能夠同時(shí)提供精準(zhǔn)的雙頻偽距觀測(cè)值。
（三）應(yīng)用案例
在對(duì)錢塘江入河口的水下地形進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候采用的是衛(wèi)星定位技術(shù)，其中網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量技術(shù)就是其中的一種。網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量技術(shù)從2011年開(kāi)始被應(yīng)用在錢塘江河口水下地面的測(cè)量中，在使用的過(guò)程中提供了厘米級(jí)、毫米級(jí)、亞米級(jí)等不同級(jí)別的導(dǎo)航和定位服務(wù)。雖然網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量技術(shù)沒(méi)有覆蓋整個(gè)測(cè)量范圍，但是目前也已經(jīng)成為進(jìn)行錢塘江河口水下地面測(cè)量的主要方法[2]。
二、水下測(cè)量的海洋激光探測(cè)技術(shù)
（一）海洋激光探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用原理
海洋激光探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用原理與利用回聲進(jìn)行探測(cè)的原理相似，利用飛機(jī)裝載藍(lán)光和綠光的發(fā)射和接收設(shè)備，激光雷達(dá)從飛機(jī)上向水面發(fā)射激光，這種激光具有窄脈沖、高頻率的特點(diǎn)，發(fā)射之后記錄水面對(duì)激光的反射時(shí)間，記錄水底對(duì)激光的反射時(shí)間，通過(guò)這兩個(gè)時(shí)間的時(shí)間差，結(jié)合激光的攝入角度、水體對(duì)激光的折射率等因素，獲得測(cè)量點(diǎn)的水深。然后再根據(jù)定位信息、飛機(jī)信息、潮汐信息等確定探測(cè)點(diǎn)水深，從而根據(jù)水深的變化完成水面地形的測(cè)量[3]。
（二）海洋激光探測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與不足
海洋激光探測(cè)技術(shù)以飛機(jī)為載體，具有很好的機(jī)動(dòng)性，通過(guò)GPS定位系統(tǒng)，能夠滿足大面積水域地形的測(cè)量要求，具有測(cè)量的面積廣、速度快、精度高、成本低等優(yōu)勢(shì)。但是目前由于受到激光的限制，利用海洋激光探測(cè)技術(shù)只能測(cè)量水深在50米以內(nèi)的水下地形。
（三）海洋激光探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用案例
在對(duì)錢塘江河口的地形探測(cè)中使用海洋激光探測(cè)技術(shù)進(jìn)行水下地形的測(cè)量，和水上測(cè)量的激光雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合，形成一個(gè)全方位的探測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水上和水下空間的一體化處理，在很到程度上滿足了研究過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)的需求。
三、復(fù)雜地形測(cè)量的超站儀測(cè)量技術(shù)
（一）超站儀測(cè)量技術(shù)的流程
使用超站儀測(cè)量技術(shù)來(lái)對(duì)復(fù)雜地形進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量流程是：第一，布設(shè)首級(jí)網(wǎng)點(diǎn)，在布設(shè)網(wǎng)點(diǎn)的過(guò)程中可以在便利的位置安置儀器，通過(guò)GPS來(lái)確定布設(shè)位置的三維坐標(biāo)，不需要精準(zhǔn)的設(shè)置控制點(diǎn)。布置好首級(jí)網(wǎng)點(diǎn)之后要進(jìn)行測(cè)量。第二，利用GPS的定位功能來(lái)進(jìn)行圖根的測(cè)量；第三，利用全站儀的功能來(lái)進(jìn)行碎步測(cè)量；第四，利用數(shù)字化技術(shù)形成測(cè)量圖。
（二）超站儀測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
超站儀是由GPS和全站儀共同組成的一種新的測(cè)量?jī)x器，它主要由參考站、碎部點(diǎn)反射棱鏡、流動(dòng)站和其他的附屬部件構(gòu)成，除了具有GPS的功能和全站儀的功能之外，還有具有支持GNSS定位系統(tǒng)的功能。通過(guò)流動(dòng)站與參考站將GPS靜態(tài)定位功能和快速靜態(tài)定位的功能相結(jié)合，按照橢球面和坐標(biāo)系統(tǒng)需要來(lái)進(jìn)行投影，完成參數(shù)轉(zhuǎn)換，然后依照相對(duì)定位原則，計(jì)算并顯示出用戶觀測(cè)站的三維坐標(biāo)和精度，而其他的碎部點(diǎn)的獲取通過(guò)反射棱鏡來(lái)完成。從而降低了復(fù)雜地形的測(cè)量難度，節(jié)省了測(cè)量時(shí)間，提高了測(cè)量效率，提高了測(cè)量精度。
四、激光雷達(dá)技術(shù)
（一）激光雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用原理
激光雷達(dá)技術(shù)通過(guò)用飛機(jī)承載雷達(dá)，雷達(dá)通過(guò)一定的位置、角度和距離直接獲取被探測(cè)地點(diǎn)的三維坐標(biāo)，從而完成對(duì)地表信息的提取，完成探測(cè)地點(diǎn)三維坐標(biāo)的重建，是一種集全球定位系統(tǒng)、激光掃描儀、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)于一身的空間測(cè)量技術(shù)[4]。
（二）激光雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
使用激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行地面地形的探測(cè)具有很大優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，通過(guò)激光雷達(dá)技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)綜合處理之后可以獲得探測(cè)點(diǎn)的三維成像結(jié)果，它的空間分辨率和時(shí)間分辨率都很高。第二，因?yàn)槔走_(dá)是由飛機(jī)負(fù)載的，所以它的動(dòng)態(tài)探測(cè)范圍很廣，并且在探測(cè)的過(guò)程中可以穿透植物的阻擋，直接獲取高精度的探測(cè)地的三維坐標(biāo)。
（三）激光雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用案例
激光雷達(dá)技術(shù)的使用性很強(qiáng)，對(duì)環(huán)境的敏感度很低，所以在城市建模、城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面有著廣泛的應(yīng)用。同時(shí)在錢塘江的河口地形探測(cè)中被用于進(jìn)行灘涂的地形測(cè)量。
結(jié)語(yǔ)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類活動(dòng)范圍的擴(kuò)大，對(duì)地形測(cè)量的精準(zhǔn)度的要求也越來(lái)越高。目前在地形測(cè)量方面出現(xiàn)了一系列的新技術(shù)，比如海洋激光探測(cè)技術(shù)、超站儀測(cè)量技術(shù)、激光雷達(dá)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量技術(shù)等，這些測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)在很到程度上簡(jiǎn)化了測(cè)量過(guò)程，提高了測(cè)量的精準(zhǔn)度，為地形的測(cè)量做出了重要的貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)測(cè)；超聲波；雷達(dá)
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.167
1 引言
輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是指直接安裝在線路設(shè)備上可實(shí)時(shí)記錄表征設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)特征量的測(cè)量系統(tǒng)及技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、狀態(tài)檢修的重要手段，狀態(tài)檢修的實(shí)現(xiàn)與否很大程度上取決于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的成功與否。本文主要在目前存在的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究，闡述了視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)、超聲波技術(shù)以及雷達(dá)技術(shù)及存在的不足，表明了需要一種可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況實(shí)時(shí)監(jiān)視，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)即將要發(fā)生的各類事故，起到積極快速警告，避免現(xiàn)場(chǎng)可能產(chǎn)生損失的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要出現(xiàn)。
2 視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)
目前的監(jiān)測(cè)手段多為視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)。當(dāng)有外物入侵時(shí)，采用攝像頭捕捉現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面，采用背景差分法原理，建立高斯背景模型算法，根據(jù)捕捉到的幀與背景模型對(duì)比，判斷入侵物體類型，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行緊急處理。
背景差分法原理是對(duì)視頻背景的場(chǎng)景建模，然后監(jiān)測(cè)到的圖像序列幀與背景模型幀進(jìn)行差值運(yùn)算，然后可以獲得差分圖像，將背景模型與差分圖像中的像素值進(jìn)行比較，如果改c的像素值大于給定的值則認(rèn)為該點(diǎn)屬于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域。否則為背景區(qū)域。
差分圖像為：
其中為查分圖像，為當(dāng)前幀圖像，為背景圖像。
目前，輸電線路在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用最多的是視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)，視頻監(jiān)測(cè)技術(shù)雖然可以準(zhǔn)確的了解現(xiàn)場(chǎng)的情況，但是受外界環(huán)境影響比較大，而且存在盲區(qū)等缺點(diǎn)。
3 超聲波技術(shù)
系統(tǒng)的工作核心是PIC16F73單片機(jī)，通過(guò)超聲波發(fā)射與接收電路進(jìn)行信號(hào)的發(fā)出與接收，通過(guò)單片機(jī)對(duì)接受的信號(hào)進(jìn)行分析、處理并計(jì)算出目標(biāo)的距離等信息。，并將該信號(hào)通過(guò)GPRS等無(wú)線傳輸方式傳輸至監(jiān)控終端，最后又監(jiān)控人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行處理。
超聲波技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是靈速度快、敏度高、而且成本比較低等優(yōu)點(diǎn)，但超聲波技術(shù)存在探測(cè)距離短、易受干擾、發(fā)生誤報(bào)率高等弊端。
4 雷達(dá)技術(shù)
雷達(dá)技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于掃描分析監(jiān)控范圍無(wú)死角，雷達(dá)掃描分析是采用雷達(dá)監(jiān)控技術(shù)手段，可根據(jù)設(shè)定的安全范圍，所監(jiān)測(cè)的范圍為塔基地面及上空的全景的范圍，完全滿足監(jiān)控輸電線路對(duì)各個(gè)空間環(huán)境及突發(fā)性監(jiān)控的要求。
5 一種新型輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
新型檢測(cè)系統(tǒng)是綜合采用雷達(dá)與視頻相結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)物體移動(dòng)至前后雷達(dá)監(jiān)視區(qū)域時(shí)，裝置捕獲到斜面測(cè)量距離，通過(guò)斜面與垂直夾角，迅速計(jì)算出物體的垂直高度，繼而通過(guò)視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)判定模型得出即將出現(xiàn)的危險(xiǎn)，如果超過(guò)安全距離，判定模塊會(huì)迅速將預(yù)警信息發(fā)送至集中控制單元，單元將信號(hào)快速聯(lián)動(dòng)發(fā)送至前端喊話與警燈裝置，警示裝置以聲音和燈光震懾現(xiàn)場(chǎng)，起到預(yù)防作用，如果入侵物體仍舊堅(jiān)持通過(guò)垂直區(qū)域，標(biāo)志事故已發(fā)生。
6 結(jié)語(yǔ)
綜合以上幾種輸電線路在線檢測(cè)技術(shù)的研究，我們可以知道：輸電線路防外力破壞應(yīng)用最為廣泛的是單一的視頻技術(shù)，但容易受到天氣的影響，而且功耗比較大。超聲波技術(shù)同樣有監(jiān)測(cè)死角，功耗較大等不足。鑒于雷達(dá)所具有對(duì)溫濕度變化噪聲和光線靈敏度低以及抗射頻干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，作為新興技術(shù)，將被廣泛的投入到實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中。但是，雷達(dá)同樣存在價(jià)格、安裝等問(wèn)題，需要專家，學(xué)者進(jìn)行進(jìn)一步的研究和探討。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：LIDAR 高速公路線路 優(yōu)化 DEM
中圖分類號(hào)：TB22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（b）-0031-02
機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)（Light Detection And Ranging，簡(jiǎn)稱LIDAR），也叫機(jī)載激光雷達(dá)，是一種安裝在飛機(jī)上的機(jī)載激光探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)，它集成了激光掃描儀、差分GPS系統(tǒng)、IMU（Inertial Measurement Unit，慣性量測(cè)單元，用以量測(cè)飛機(jī)平臺(tái)的飛行姿態(tài)）、數(shù)碼相機(jī)。在動(dòng)態(tài)載波相位差分GPS系統(tǒng)和IMU的支持下，激光掃描系統(tǒng)通過(guò)激光掃描器和距離傳感器，經(jīng)由微計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量資料進(jìn)行內(nèi)部處理，顯示或存儲(chǔ)、輸出距離和角度等資料，并與距離傳感器獲取的數(shù)據(jù)相匹配，經(jīng)過(guò)相應(yīng)軟件進(jìn)行一系列處理來(lái)獲取被測(cè)目標(biāo)的表面形態(tài)和三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行各種量算或建立立體模型。
1 LIDAR數(shù)據(jù)獲取的基本原理
當(dāng)機(jī)載LIDAR航攝飛行時(shí)，激光掃描儀發(fā)射、接收激光束，對(duì)地面進(jìn)行線狀掃描，與此同時(shí)，動(dòng)態(tài)GPS系統(tǒng)確定傳感器的空間位置（經(jīng)緯度），IMU測(cè)量飛機(jī)的實(shí)時(shí)姿態(tài)數(shù)據(jù)，即滾動(dòng)、仰俯和航偏角。由于系統(tǒng)的幾個(gè)部分同步工作并集成于一體，GPS 和IMU的數(shù)據(jù)融合極為方便，所以經(jīng)后期地面數(shù)據(jù)處理后，即可獲取地面的三維數(shù)據(jù)。
2 LIDAR用于高速公路線路優(yōu)化設(shè)計(jì)的模式
三維激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于高速公路線路優(yōu)化設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、優(yōu)化設(shè)計(jì)等工作內(nèi)容。
（1）原始數(shù)據(jù)采集。
在航飛前要制訂飛行計(jì)劃，安置全球定位系統(tǒng)接收機(jī)、激光掃描測(cè)量、慣性測(cè)量、數(shù)碼相機(jī)等。
（2）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理。
機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)在野外采集得到的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行一定的處理才能得到需要的信息。數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容包括：確定航跡、激光掃描測(cè)量數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分類處理、坐標(biāo)匹配、影像數(shù)據(jù)的定向和鑲嵌、建立三維地形模型。
（3）線路優(yōu)化設(shè)計(jì)。
以高精度、高分辨率正射影像和激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用二、三維結(jié)合方式，結(jié)合架空高速公路線路設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)需求，采用多人協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高速公路線路路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)的一體化全流程應(yīng)用。
3. 工程應(yīng)用實(shí)例
3.1 工程概況
針對(duì)某高速公路線路工程（線路長(zhǎng)度約為130 km）。多為山地地形。植被以稀疏灌木林為主，局部間雜茂密，交通條件一般。
3.2 激光測(cè)量系統(tǒng)檢校
將機(jī)載激光測(cè)量系統(tǒng)安裝到飛行器上后，首先必須進(jìn)行系統(tǒng)檢校，以獲取相關(guān)參數(shù)，保證數(shù)據(jù)精度。包括激光掃描儀的檢校和數(shù)碼相機(jī)的檢校，必須按照相關(guān)技術(shù)手冊(cè)進(jìn)行。
3.3 地面GPS設(shè)基準(zhǔn)站
激光飛行時(shí)需在地面布設(shè)GPS基準(zhǔn)站，旨在航攝期間連續(xù)獲取與機(jī)載GPS同步的觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)事后聯(lián)合差分解算機(jī)載GPS軌跡。相鄰基站間最大間距不得超過(guò)60 km。
3.4 實(shí)施航空攝影飛行
根據(jù)激光測(cè)量系統(tǒng)的檢校參數(shù)，結(jié)合工程設(shè)計(jì)的航帶，確定作業(yè)飛機(jī)的飛行參數(shù)及測(cè)量參數(shù)，選擇合適的影像地面采樣率、帶寬和激光點(diǎn)間距等參數(shù)，實(shí)施航飛過(guò)程。
3.5 數(shù)據(jù)處理
將機(jī)載激光掃描測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為線路勘測(cè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)大致要經(jīng)過(guò)下列幾個(gè)步驟。
3.5.1 構(gòu)建數(shù)字化立體作業(yè)平臺(tái)
利用激光掃描測(cè)量系統(tǒng)所獲取的DEM數(shù)據(jù)和正射影像數(shù)據(jù)，恢復(fù)測(cè)區(qū)立體模型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)線路路徑進(jìn)行優(yōu)化。由于本系統(tǒng)所產(chǎn)生的三維立體模型是以正射影像數(shù)據(jù)為紋理、以實(shí)測(cè)的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立起來(lái)的真三維實(shí)體，可以從不同角度對(duì)同一地方進(jìn)行觀察。因此，以此立體模型作為選線平臺(tái)，可以大大提高選線結(jié)果的可信度和可靠性，使線路路徑走向更加經(jīng)濟(jì)合理。
3.5.2 制作DEM、DSM和DOM
采用專業(yè)軟件，導(dǎo)入激光點(diǎn)數(shù)據(jù)，設(shè)置分析參數(shù)，進(jìn)行自動(dòng)分類，區(qū)別地面、房屋、植被等，經(jīng)分析對(duì)比，目前自動(dòng)分類準(zhǔn)確率僅為20%～30%。在此基礎(chǔ)上采用人工干預(yù)方式結(jié)合影像進(jìn)行精確分類，得到準(zhǔn)確的數(shù)字高程模型和數(shù)字表面模型和房屋等信息。采用數(shù)碼影像和精度更高的激光數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)糾正、鑲嵌，可以獲取比傳統(tǒng)方法更加精確的正射影像圖（DOM）。
3.5.3 制作平斷面圖
平斷面圖是高速公路線路勘測(cè)的主要成果之一。平面圖通過(guò)立體作業(yè)平臺(tái)獲取。在斷面圖繪制中，中線、邊線斷面及風(fēng)偏危險(xiǎn)點(diǎn)從DEM中自動(dòng)提取。由于激光掃描測(cè)量系統(tǒng)所采集的點(diǎn)密度非常大，精度也較高，所含信息豐富，使得中線、邊線斷面可以同時(shí)獲取DEM和DSM 2種數(shù)據(jù)，并且更加貼近真實(shí)地表，更好地服務(wù)于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)優(yōu)化排位。在本工程中，我們將常規(guī)工程測(cè)量方法獲取的數(shù)據(jù)、傳統(tǒng)的航測(cè)攝影測(cè)量數(shù)據(jù)和激光掃描測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，證明機(jī)載激光掃描測(cè)量數(shù)據(jù)是可靠的，其斷面精度略高于普通航測(cè)斷面精度。
4 結(jié)論
實(shí)踐證明三維激光雷達(dá)技術(shù)，用于高速公路線路等工程優(yōu)化設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性和代表性，打破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的方式方法，從數(shù)據(jù)獲取及處理、初步設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、終勘定位、三維模擬、運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理等方面建立了一體化的、三維可視化的系統(tǒng)性技術(shù)體系和支撐平臺(tái)。隨著三維激光雷達(dá)技術(shù)與相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步融合，將會(huì)對(duì)高速公路工程的設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，三維智能數(shù)字高速公路將真正成為可能。
（1）三維激光雷達(dá)技術(shù)使整個(gè)高速公路、火車站基于三維真實(shí)場(chǎng)景，并與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、視頻等于一體的可視化成為可能；三維激光雷達(dá)技術(shù)使已建、新建高速公路，以及高速公路相關(guān)環(huán)境所有信息快速、低成本、高精度、全面獲取成為可能，將實(shí)現(xiàn)高速公路的真正信息化。（2）三維激光雷達(dá)技術(shù)與三維可視化技術(shù)、專家知識(shí)技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)高速公路的三維可視化、智能化的仿真成為可能；基于三維激光雷達(dá)技術(shù)等獲取的專家知識(shí)庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)暴雪、暴雨、泥石流等對(duì)高速公路的影響，實(shí)現(xiàn)高速公路安全的智能化預(yù)警、應(yīng)急調(diào)度及防治。
參考文獻(xiàn)
鉆芯取樣法是在公路建設(shè)過(guò)程中最常采取的一種傳統(tǒng)的檢測(cè)路面是否安全的方法，這種檢測(cè)方法會(huì)對(duì)公路造成破壞，不具備代表性，人為因素的影響非常之大，并且其檢測(cè)結(jié)果缺乏準(zhǔn)確性?，F(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，在公路工程檢測(cè)的過(guò)程中引入了地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)有快速采樣、檢測(cè)精度高、分辨率高，經(jīng)濟(jì)無(wú)破損等等特點(diǎn)，很好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測(cè)方法的不足，因此，將地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用在高速公路檢測(cè)中具有非常重要的意義［1］。
1工作原理
1．1系統(tǒng)構(gòu)成
完整的探地雷達(dá)(GPR)包括多個(gè)系統(tǒng)，具體的發(fā)射機(jī)，接收機(jī)，天線和信號(hào)處理等發(fā)射機(jī)傳輸，脈沖雷達(dá)信號(hào)控制電路，信號(hào)的天線輻射到人行道上，緊隨其后的是接收反射信號(hào)，接收信號(hào)的過(guò)程中，需要使用放大器進(jìn)行信號(hào)放大，然后將信號(hào)放大信號(hào)處理設(shè)備進(jìn)行處理。同時(shí)，天線可以用來(lái)發(fā)送和接收信號(hào)，耦合天線在地面和空氣耦合信號(hào)是主要的兩種類型的天線，發(fā)射器和接收器不斷與天線連接和切斷分離器，分離器主要是防止接收機(jī)輸入元素被高能發(fā)射機(jī)的輸出;接收反射信號(hào)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理和顯示了信號(hào)處理設(shè)備。
1．2檢測(cè)原理
地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)原理是低到地面點(diǎn)火脈沖式高頻電磁波，電磁波傳播過(guò)程中如果遇到的對(duì)象不同的電氣、散射和反射，反射電磁波天線，然后分析電磁波處理，不同的反射波的強(qiáng)度和形狀，雙向旅行時(shí)間反映了不同的結(jié)構(gòu)，位置和電氣性能。使用脈沖電磁波反射地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的原理于公路工程結(jié)構(gòu)層，疾病檢測(cè)、預(yù)防、隱患，因?yàn)樗且环N非接觸式的物理檢測(cè)方法，因此，可以解決許多公路工程中的問(wèn)題。
1．3檢測(cè)依據(jù)
地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)具有無(wú)損檢測(cè)的特點(diǎn)，而且經(jīng)常被用于高速公路探測(cè)，因?yàn)榈刭|(zhì)雷達(dá)探測(cè)深度小的特點(diǎn)，高分辨率，因此，即使測(cè)試中沒(méi)有電的區(qū)別在道路和道路，也可以檢測(cè)到。電的區(qū)別越小，反射系數(shù)越小，使反射信號(hào)越少，反之亦然。當(dāng)前道路結(jié)構(gòu)層分為三部分:表面，基礎(chǔ)和地基。水泥混凝土材料或改性瀝青材料建筑通常用于路面、穩(wěn)定碎石、石灰穩(wěn)定材料，水泥穩(wěn)定材料分類的水泥混凝土和粉煤灰石灰材料通常用于路面基層。使用水泥混凝土路面材料建筑，介電常數(shù)在3～5之間，用瀝青材料建筑，介電常數(shù)在5～10，高速公路基層介電常數(shù)在8以下。由于各種結(jié)構(gòu)層不同的介電常數(shù)，為地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用提供了有效的檢測(cè)基礎(chǔ)［2］。
2發(fā)展現(xiàn)狀
2．1探地雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展
由于電磁波的地下介質(zhì)衰減強(qiáng)，同時(shí)與空氣相比，地下介質(zhì)更加地復(fù)雜和多樣，因此，在早期，探地雷達(dá)主要被用在冰層和巖鹽礦等介質(zhì)中，隨著時(shí)間的推移，在20世紀(jì)70年代以后，不斷地涌現(xiàn)諸多的新材料和新技術(shù)，探地雷達(dá)技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，水平也有大幅度地提高。現(xiàn)如今，探地雷達(dá)技術(shù)被運(yùn)用在道路下空洞以及裂縫探測(cè)、埋設(shè)物探測(cè)等等多個(gè)領(lǐng)域，取得了比較好的成效。
2．2國(guó)內(nèi)外主要探地雷達(dá)
經(jīng)過(guò)這么多年的研究，探地雷達(dá)(GPR)已成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，國(guó)內(nèi)外許多制造商研發(fā)出不同的探地雷達(dá)(GPR)系統(tǒng)。加拿大和美國(guó)的技術(shù)是最成熟的，國(guó)外探地雷達(dá)(GPR)設(shè)備和服務(wù)公司主要有五家，第一家是地球物理探測(cè)設(shè)備，從15MHz～2GHz探地雷達(dá)(GPR)系統(tǒng)，并用于處理數(shù)據(jù)分析軟件包，更全面，第二個(gè)公司是美國(guó)的Penetradar公司，該公司提供了探地雷達(dá)(GPR)系統(tǒng)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析，第三家公司是美國(guó)脈沖雷達(dá)、探地雷達(dá)(GPR)設(shè)備和道路檢測(cè)服務(wù)，還有加拿大的探地雷達(dá)，該公司的系統(tǒng)主要用于高速公路和橋面板檢測(cè)。在我國(guó)，主要研究對(duì)象為電磁散射特性模擬和數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)硬件系統(tǒng)并不完美，但在吸收國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)出了雷達(dá)原型，例如，中國(guó)科學(xué)院SI2R類型的探地雷達(dá)(GPR)，東南大學(xué)GPR-Ⅰ型迪泰探地雷達(dá)(GPR)和大連理工大學(xué)的探地雷達(dá)等。中國(guó)電波傳播研究所和國(guó)際阿德?tīng)柕乩讬z測(cè)技術(shù)有限公司，是一家業(yè)務(wù)化探的主要單位，開(kāi)發(fā)了一系列的軟件和硬件產(chǎn)品。最早的研究單位開(kāi)展地下目標(biāo)探測(cè)技術(shù)是中國(guó)電波研究所有限公司開(kāi)發(fā)的系列探地雷達(dá)(GPR)系統(tǒng)，并介紹了高等級(jí)公路探測(cè)器的風(fēng)格。
3雷達(dá)在公路工程檢測(cè)中的應(yīng)用
3．1檢測(cè)厚度
《公路質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，高速公路瀝青層厚度和總水平偏差5%的h(mm)，極端值是10%h(mm);上層代表值是10%(mm)，極端值是20%(mm)的值代表水泥－5%(mm)，極端值是10%(mm)。傳統(tǒng)方法是鉆井方法，該方法會(huì)破壞路面，從而限制檢測(cè)的次數(shù)，也不能保證測(cè)試的客觀性。探地雷達(dá)(GPR)是不同的，主要根據(jù)電磁脈沖的傳播在路面和路基接口速度以及旅行時(shí)間確定，因?yàn)槭且环N無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，可以非常好的解決上面的問(wèn)題，對(duì)厚度檢測(cè)的精度，探地雷達(dá)(GPR)設(shè)備已經(jīng)達(dá)到了正常的標(biāo)準(zhǔn)。德克薩斯交通研究所一直在使用探地雷達(dá)(GPR)檢測(cè)厚度，使用TERRA檢測(cè)數(shù)據(jù)處理軟件，發(fā)現(xiàn)平均0．75cm的偏差，符合分析探地雷達(dá)(GPR)標(biāo)準(zhǔn)。
3．2探查路下隱患
很難感知道路隱患，只有在很長(zhǎng)一段時(shí)間后，會(huì)造成損失，維修道路往往需要相當(dāng)大的成本，難度非常高，甚至給公路的正常通行帶來(lái)不利影響。探地雷達(dá)檢測(cè)隱藏的危險(xiǎn)具有的獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)為，通過(guò)檢測(cè)問(wèn)題可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免道路坍塌，縮短公路養(yǎng)護(hù)時(shí)間，避免主道路的內(nèi)在質(zhì)量和壽命受到間接破壞、嚴(yán)重破壞。探地雷達(dá)(GPR)仍處于探索階段，1980年早期在國(guó)外做相關(guān)測(cè)試，獲取信息從人行道上呼應(yīng)，路面位置、深度和尺寸數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，與此同時(shí)，有關(guān)學(xué)者研究其缺陷，空氣耦合天線是用于分析缺陷檢測(cè)，取得了理想的結(jié)果。大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，探地雷達(dá)(GPR)是一種非常有效的方法，值得推廣應(yīng)用。
4探地雷達(dá)數(shù)據(jù)預(yù)處理
預(yù)處理包括基本消除固定雜波、信號(hào)處理、過(guò)濾等，主要用于消除無(wú)效的數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，提供可靠的數(shù)據(jù)源進(jìn)行下一階段的處理。正常處理主要包括一些常用的數(shù)字信號(hào)處理方法，這些方法基本上是相似的，可以提供基本的處理結(jié)果，進(jìn)一步方便工作人員分析，為處理提供依據(jù)。一些特殊的處理方法中需要使用先進(jìn)的治療，在路上與探地雷達(dá)數(shù)據(jù)處理主要路面估計(jì)的電磁特性、層厚度和異常檢測(cè)方法。通過(guò)上面的數(shù)據(jù)處理，并使用結(jié)果的圖像或語(yǔ)句，對(duì)道路狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
5結(jié)語(yǔ)
測(cè)繪信息技術(shù)其可以主要應(yīng)用于地球測(cè)繪，其可以測(cè)繪處事發(fā)地點(diǎn)、事發(fā)時(shí)間和周圍環(huán)境的情況。隨著經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，測(cè)繪技術(shù)也在不斷的發(fā)生著升級(jí)，當(dāng)前世界各國(guó)將信息化測(cè)繪技術(shù)作為重要的發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行研究。因?yàn)樾畔y(cè)繪技術(shù)以其強(qiáng)大的測(cè)繪方式和內(nèi)容隨著國(guó)家信息化環(huán)境的變化發(fā)生著很大的變化。信息化在測(cè)繪技術(shù)中應(yīng)用非常廣泛，而且其在國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展過(guò)程中具有非常重要的作用。信息化測(cè)繪最終本質(zhì)的特征和內(nèi)涵具有有效的地理空間信息服務(wù)，現(xiàn)代化信息測(cè)繪技術(shù)逐漸朝著學(xué)科交叉和融合方向發(fā)展。測(cè)繪技術(shù)在信息化的過(guò)程中，必須提升全面服務(wù)能力，建立起有效的信息化測(cè)繪技術(shù)。從學(xué)科和技術(shù)進(jìn)行分類，可以將信息化測(cè)繪體系分為幾個(gè)組成部分：現(xiàn)代化測(cè)繪基準(zhǔn)體系、地理空間信息獲取體系、基礎(chǔ)信息資源體系、自動(dòng)化空間信息處理體系、豐富地理空間信息產(chǎn)品體系以及網(wǎng)絡(luò)化地理空間信息服務(wù)體系。信息化測(cè)繪體系建設(shè)已經(jīng)成為了我國(guó)新時(shí)期測(cè)繪事業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略任務(wù)。作為測(cè)繪學(xué)科來(lái)說(shuō)，信息化測(cè)繪技術(shù)既能夠適應(yīng)當(dāng)前我國(guó)對(duì)于測(cè)繪技術(shù)的需求，同時(shí)還能夠促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)與理論的發(fā)展。
二、現(xiàn)代化信息測(cè)繪體系構(gòu)建
（一）衛(wèi)星定位測(cè)量法
1、現(xiàn)代信息化測(cè)繪基準(zhǔn)建設(shè)隨著現(xiàn)代化信息基準(zhǔn)建設(shè)不斷發(fā)展，確定地理空間信息以及集合形態(tài)和空間分布的技術(shù)基礎(chǔ)可以有效反映出各個(gè)世界空間和參考基準(zhǔn)?，F(xiàn)代化測(cè)繪技術(shù)主要是由大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)、重力系統(tǒng)、高程系統(tǒng)以及深度基準(zhǔn)等組成。近年來(lái)我國(guó)現(xiàn)代化測(cè)繪基準(zhǔn)建設(shè)已經(jīng)取得了相應(yīng)的進(jìn)展，因此建立相應(yīng)的測(cè)繪基準(zhǔn)，可以有效促進(jìn)其發(fā)展。2、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)組建當(dāng)前隨著全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)發(fā)展，現(xiàn)代化信息測(cè)繪體系的正在我國(guó)逐漸建立，隨著我國(guó)北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)組建，建立起全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)將變得日益可行。美國(guó)和俄羅斯布置的GLONASS系統(tǒng)，其作為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)服役，組建全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)將會(huì)成為今后一段時(shí)間主要研究?jī)?nèi)容。
（二）航空航天測(cè)繪
由于高分辨率信息化衛(wèi)星測(cè)繪技術(shù)取得了極大的技術(shù)突破，衛(wèi)星影像測(cè)繪圖正在朝著實(shí)用化方向發(fā)展。高分辨率的遙感衛(wèi)星成為了衛(wèi)星測(cè)繪多樣化發(fā)展，由單線陣組成的推掃式掃描成像技術(shù)變得更加合理。通過(guò)采用大范圍同軌和異軌立體技術(shù)逐漸提升了測(cè)圖的高精度，使得地形測(cè)繪技術(shù)變革朝著正引方向發(fā)展。高分辨率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理的時(shí)候，包含了高精度的函數(shù)模型處理，并且在地面的控制點(diǎn)具有大區(qū)域網(wǎng)平差異技術(shù)作為基礎(chǔ)，多基線和多重的匹配自動(dòng)匹配技術(shù)。高分辨率遙感衛(wèi)星逐漸成為了我國(guó)地形圖基礎(chǔ)地理信息的重要數(shù)據(jù)源，地面控制的時(shí)候?qū)τ谧杂删W(wǎng)的平差技術(shù)可使得境內(nèi)和境外地形測(cè)試更加現(xiàn)實(shí)。
三、信息化測(cè)繪技術(shù)的具體應(yīng)用
（一）精密工程與工業(yè)測(cè)量應(yīng)用
精密工程測(cè)量與衛(wèi)星定位具有精度均勻、速度快以及對(duì)控制網(wǎng)圖形要求低等特點(diǎn)。目前已經(jīng)建立起高精度、高分辨率的大地水準(zhǔn)面數(shù)據(jù)結(jié)合模型，使得對(duì)于工程控制網(wǎng)逐漸發(fā)展到二維、三維，并且徹底改變了工程測(cè)量中平面和高控制網(wǎng)方法。三維測(cè)繪技術(shù)就是在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候建立起空間三維坐標(biāo)，可以確定目標(biāo)的幾何形態(tài)、姿態(tài)和空間位置，對(duì)于目標(biāo)進(jìn)行三維重建。通過(guò)在計(jì)算機(jī)上建立起虛擬現(xiàn)實(shí)景觀模型，目前有多種的三維測(cè)量?jī)x器，并且使用三維測(cè)繪技術(shù)完成相應(yīng)的測(cè)量工作。三維測(cè)繪技術(shù)主要是實(shí)現(xiàn)激光掃描，其能夠直接獲取待測(cè)地物的坐標(biāo)信息。
（二）海洋與航道測(cè)繪技術(shù)應(yīng)用
海洋測(cè)量已經(jīng)逐漸摒棄了傳統(tǒng)無(wú)線電定位手段，采用GPS各種各樣測(cè)量形式。研究衛(wèi)星導(dǎo)航定位進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候其能夠利用觀測(cè)技術(shù)對(duì)船進(jìn)行測(cè)量和觀察，利用北斗衛(wèi)星能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其高精度定位。利用GPS測(cè)速的基本原理，采用無(wú)線電標(biāo)/差分析，研究運(yùn)動(dòng)物體速度測(cè)量的方法和精度。海洋探測(cè)的時(shí)候，在運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)上進(jìn)行探測(cè)，由于受到測(cè)量船和儀器的噪聲影響，使得探測(cè)儀的參數(shù)設(shè)置上會(huì)受到嚴(yán)重的影響。因此對(duì)于單波速和多波速進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候主要針對(duì)其效率和測(cè)量的精度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，確保整個(gè)測(cè)量的過(guò)程顯得更加精準(zhǔn)。例如，在水域中測(cè)量界限提取時(shí)，必須針對(duì)海岸帶進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還要對(duì)淺海故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，例如采用聲納圖像處理完成對(duì)動(dòng)態(tài)的航標(biāo)進(jìn)行導(dǎo)航。
（三）機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用
機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)其利用激光進(jìn)行掃描，然后采用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)繪，通過(guò)接受測(cè)繪目標(biāo)反射光束然后完成目標(biāo)測(cè)定定位。機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)和傳統(tǒng)的航空攝影測(cè)量進(jìn)行比較，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)可有效穿過(guò)樹(shù)林的遮擋，從而直接取地面點(diǎn)精度高三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并且完成相當(dāng)?shù)膬?nèi)業(yè)處理。機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)目前硬件技術(shù)比較成熟，其測(cè)量的精度可以達(dá)到厘米級(jí)別，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理的軟件發(fā)展卻相對(duì)落后，數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的相關(guān)算法還不成熟。利用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的時(shí)候由于缺乏相應(yīng)的紋理信息，不能夠完成相應(yīng)的匹配和地面控制。
四、結(jié)束語(yǔ)
關(guān)鍵詞：AIS技術(shù)；航海；應(yīng)用
現(xiàn)如今我國(guó)的航海事業(yè)獲得了很好的發(fā)展，需要有完善的通訊以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)保障航運(yùn)事業(yè)的安全與穩(wěn)定。AIS在目前的航海技術(shù)中占有十分重要的地位，具有傳統(tǒng)技術(shù)所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)，并且能夠在很大程度上優(yōu)化信息監(jiān)測(cè)與交互。在航海工作中應(yīng)科學(xué)地使用AIS技術(shù)，形成完善的系統(tǒng)體系，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)航海事業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。
1 AIS技術(shù)的概述分析
1.1 AIS特點(diǎn)分析
AIS系統(tǒng)能夠?qū)Υ爸g或者船舶與船岸之間進(jìn)行信息的溝通交換，從而對(duì)船舶進(jìn)行有效的識(shí)別，能夠自動(dòng)接收數(shù)據(jù)并科學(xué)的處理與發(fā)射，即使船舶間的距離比較遠(yuǎn)，或者距離岸臺(tái)較遠(yuǎn)時(shí)，也能夠不間斷的、自動(dòng)的將自己的位置、航速以及航行方向等發(fā)送給其他船只或者是岸臺(tái)，并接受中心站發(fā)出的助航信息，[1]使得船只在航行過(guò)程避免出現(xiàn)安全問(wèn)題。
對(duì)于比較微小的目標(biāo)，雷達(dá)技術(shù)不能很好的將其不足識(shí)別出來(lái)，與當(dāng)前航海通訊的實(shí)際發(fā)展需要不相適應(yīng)。在使用雷達(dá)技術(shù)時(shí)，需要做好各方面的溝通工作，但是有時(shí)由于溝通不暢，船只間就會(huì)產(chǎn)生交流的障礙，不能很好的理解和把握對(duì)方的意圖，導(dǎo)致航行出現(xiàn)困難，甚至船只間發(fā)生嚴(yán)重的碰撞。現(xiàn)如今造船行業(yè)快速發(fā)展，船只的體積越來(lái)越大，航行的速度也大幅度提升，這使得航運(yùn)過(guò)程中事故的發(fā)生幾率也增加。為了保證船只航運(yùn)的安全、穩(wěn)定，就需要在航海過(guò)程中科學(xué)的使用先進(jìn)技術(shù)，比如GPS、VHF等，[2]但是這些技術(shù)手段的應(yīng)用也無(wú)法有效避免碰撞事故的發(fā)生，這時(shí)就產(chǎn)生了AIS技術(shù)，也就是船舶識(shí)別系統(tǒng)，它能很好的避免雷達(dá)等傳統(tǒng)技術(shù)的不足，減少碰撞事故的發(fā)生，并且有助于船只之間信息數(shù)據(jù)的交流與互動(dòng)，同時(shí)能夠彌補(bǔ)雷達(dá)存在觀察盲區(qū)的問(wèn)題。對(duì)于外界干擾，AIS技術(shù)有著很強(qiáng)的抗干擾能力，天氣等因素的變化不會(huì)產(chǎn)生雜波，監(jiān)測(cè)的目標(biāo)也不會(huì)消失。而且AIS能夠快速技術(shù)的反饋信息，一般響應(yīng)的時(shí)間不會(huì)多于3秒。
1.2 AIS的原理
AIS的組成部分主要分為接口電路、信息處理器以及VHF收發(fā)信息機(jī)。
接口電路主要是接收本船船位信息，涉及本船的航行速度、航行方向等，經(jīng)過(guò)數(shù)字化技術(shù)處理，將其輸入到信息處理其中。
信息處理器涉及解碼器和編碼器兩個(gè)部分，這是AIS核心部分，其中包含本船的航海信息，比如船的名字、型號(hào)、航線以及運(yùn)輸貨品的危險(xiǎn)等級(jí)等。[3]對(duì)這些航海信息進(jìn)行編碼，發(fā)射給VHF。信息處理器還能夠?qū)胶＿^(guò)程中的周邊傳播航海信息進(jìn)行收集，解碼信息之后，能夠與本船信息一同顯示在信息監(jiān)視器上。信息處理器不僅能夠保存和處理航海信息，還可以進(jìn)行管理控制，使得信息更加混卻，避免航海信息被無(wú)關(guān)因素干擾。
VHF收發(fā)信息機(jī)主要由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)構(gòu)成，使用AIS系統(tǒng)管理控制信息。依據(jù)國(guó)際上專用的頻段自動(dòng)的接收和發(fā)射信息，專用頻段一般有兩個(gè)，即CH87B和CH88B。AIS系統(tǒng)可以在兩個(gè)頻率上同時(shí)工作，提高信息的抗干擾能力，使得系統(tǒng)的信息容量增加。若要規(guī)定AIS系統(tǒng)使用的頻率，可以使AIS系統(tǒng)同時(shí)滿足遠(yuǎn)程工作和近程工作的需要，并能夠?qū)崿F(xiàn)切換和選擇頻道的功能。
2 AIS技術(shù)在航海中應(yīng)用
AIS技術(shù)能夠很好的彌補(bǔ)雷達(dá)和VTS技術(shù)的不足，在航海中應(yīng)用AIS技術(shù)能夠使船舶的通訊以及信號(hào)監(jiān)測(cè)有效的推進(jìn)，提高航運(yùn)的安全性與可靠性。
2.1 應(yīng)用在船舶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中
船舶在航行過(guò)程中，船只需要與附近的船舶、港口等保持聯(lián)系和數(shù)據(jù)上的互換。航行中，如果船只間或者船只與港口之間的距離過(guò)大，存在雷達(dá)監(jiān)測(cè)的盲區(qū)，為了使船只能夠安全的運(yùn)行，就需要建立完善的船舶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，AIS技術(shù)在船舶數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中起到極為重要的作用。使用AIS技術(shù)能夠自動(dòng)的發(fā)射、接收以及傳輸船舶間的數(shù)據(jù)，[4]使得船舶數(shù)據(jù)的通訊質(zhì)量以及水平得到全面的提升。
2.2 應(yīng)用到智能控制系統(tǒng)中
船舶的智能控制系統(tǒng)能夠使船舶更加安全的航行，減少航行過(guò)程中出現(xiàn)危險(xiǎn)的幾率。能夠提前對(duì)危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警，從而使船舶事故發(fā)生的危險(xiǎn)減小。AIS技術(shù)在船舶智能控制系統(tǒng)中也發(fā)揮著重要的作用，能夠?qū)Υ爸悄芸刂葡到y(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化與完善。
2.3 應(yīng)用到船舶避碰控制系統(tǒng)中
船舶避碰控制系統(tǒng)的建設(shè)是為了使船舶運(yùn)行更加安全，減少航行過(guò)程中船舶發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)。使用AIS技術(shù)能夠準(zhǔn)確的定位船舶。相比于避碰控制系統(tǒng)，AIS技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值比較高。船舶航行過(guò)程中使用AIS技術(shù)，不需要無(wú)線電話就可以將周邊附近船舶的信息獲取到。若船舶在限制水域中進(jìn)行航行，還能夠自動(dòng)獲得周邊船舶的信息。此外使用AIS技術(shù)還可以獲得航行和港口的相關(guān)信息。獲得準(zhǔn)確的信息能夠減少船舶發(fā)生碰撞的幾率，使得船舶運(yùn)行更加安全。我國(guó)的一些船舶已經(jīng)開(kāi)始使用AIS技術(shù)，效果十分明顯，能夠使船舶航行更加安全、穩(wěn)定。
3 AIS技術(shù)的發(fā)展前景分析
AIS技術(shù)有助于推動(dòng)航運(yùn)智能技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，AIS技術(shù)能夠?qū)踩ㄓ嵰约跋嚓P(guān)信息等提供給船只，實(shí)現(xiàn)船只的智能化控制，減少船只碰撞。AIS技術(shù)能夠保證航海安全，也有助于船舶智能化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與利用。
現(xiàn)如今，人們十分關(guān)注航海的安全性，AIS技術(shù)能夠使船只的通訊水平以及信號(hào)等得到提升，在船舶航行過(guò)程中提前獲得相關(guān)信息，從而采取有效的安全措施提高船舶航行過(guò)程中的安全，也能夠?yàn)榻窈蠛竭\(yùn)技術(shù)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
AIS技術(shù)的運(yùn)用能夠與雷達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)上的互補(bǔ)，由于雷達(dá)在使用中可能存在盲區(qū)，使得航海的安全性受到了影響。而AIS技術(shù)的運(yùn)用能夠彌補(bǔ)雷達(dá)觀察存在的盲區(qū)問(wèn)題，AIS技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合，能夠?yàn)楹胶Ｌ峁┛茖W(xué)的技術(shù)支持。
通過(guò)AIS技術(shù)，船舶獲得的數(shù)據(jù)信息質(zhì)量更高，使得航行能夠順利推進(jìn)。AIS技術(shù)也可以為自動(dòng)避免碰撞系統(tǒng)提供高質(zhì)量的信息，加之信息顯示裝置的影響，使船只獲得更加安全、快捷、最短的航行路線，[5]使得船只安全\行。就當(dāng)前發(fā)展的形勢(shì)而言，AIS技術(shù)有更好的發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和共享，使其朝著更高方向發(fā)展。將AIS技術(shù)與VTS技術(shù)相結(jié)合，能夠?yàn)榇敖还芟到y(tǒng)提供更大的技術(shù)支持。
4 結(jié)束語(yǔ)
總而言之，在航海中應(yīng)用AIS技術(shù)能夠提高船只航行過(guò)程中傳輸數(shù)據(jù)的質(zhì)量，使得船只航行更加安全、可靠。對(duì)于航海事業(yè)而言，AIS技術(shù)發(fā)揮著極大地促進(jìn)作用，也有著良好的發(fā)展前景，因此需要對(duì)AIS技術(shù)進(jìn)行科學(xué)的分析與研究，積極創(chuàng)新，使AIS技術(shù)在航海事業(yè)中得到很好的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。
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