導(dǎo)語：如何才能寫好一篇雷達(dá)技術(shù)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：MIMO；雷達(dá)；空間分集；成像

MIMO作為一種新興體制的雷達(dá)，在跟蹤、目標(biāo)定位、參數(shù)估計(jì)和目標(biāo)檢測等方面具有比傳統(tǒng)雷達(dá)更高的優(yōu)勢，所以其已經(jīng)逐漸成為雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。下面就MIMO雷達(dá)技術(shù)及其應(yīng)用方面的內(nèi)容進(jìn)行了探究，以期更好地指導(dǎo)后續(xù)相關(guān)方面的研究和應(yīng)用的開展。

1 MIMO雷達(dá)概述

1.1 MIMO雷達(dá)的含義

MIMO雷達(dá)又被稱為多輸入多輸出系統(tǒng)，其最初主要只是作為控制系統(tǒng)中的一個(gè)概念被提出，而在雷達(dá)領(lǐng)域中則指代相應(yīng)的雷達(dá)系統(tǒng)具有多個(gè)輸出和輸入。如果將相應(yīng)的通信傳輸通道比作一個(gè)完整的系統(tǒng)，則相應(yīng)的系統(tǒng)通信信道的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)則就相應(yīng)的指射信號(hào)和接收信號(hào)。另外，MIMO雷達(dá)在探測目標(biāo)的時(shí)候可以借助多個(gè)正交信號(hào)，并且所有的發(fā)射信號(hào)均可以由接收端的各個(gè)陣元來進(jìn)行接收，同時(shí)也可以需要采取濾波組來盡量獲得更可能多的多路回波從而額可以大大提高觀測通道的數(shù)目和雷達(dá)的整體性能。

1.2 MIMO雷達(dá)的工作原理

MIMO雷達(dá)可以在多陣元天線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)正交信號(hào)的同時(shí)發(fā)射，并且可以做到M發(fā)N收，即MIMO雷達(dá)可以借助N個(gè)接收陣元來接收相應(yīng)的多個(gè)波形信號(hào)。鑒于不同信號(hào)之間的正交特性，所以即便是多個(gè)發(fā)射信號(hào)也不會(huì)出現(xiàn)相互干擾的問題，可以始終保持獨(dú)立性，同時(shí)這樣也可以使相應(yīng)的發(fā)射和接收物理空間保持MN個(gè)通道，且每個(gè)特定的通道均與一個(gè)發(fā)射陣元及其對(duì)應(yīng)的接收路徑和收發(fā)陣元的位置和所接受。另外，接收端的各個(gè)接收陣元會(huì)配有M個(gè)發(fā)射波形來匹配對(duì)應(yīng)的M個(gè)濾波器，接著通過分選正交性就可以獲得相應(yīng)的MN通道回波數(shù)據(jù)。

另外，每個(gè)發(fā)射陣元的發(fā)射信號(hào)均會(huì)被相應(yīng)的接收陣元所接受，而每個(gè)接收陣元又會(huì)接收相應(yīng)發(fā)射陣元所發(fā)出的各種信號(hào)。從而可以實(shí)現(xiàn)接發(fā)信號(hào)的目的。MIMO雷達(dá)所發(fā)射相應(yīng)的正交信號(hào)無法在空間中形成特定的波束，從而導(dǎo)致發(fā)射波束主瓣的增益變?yōu)樵瓉淼腗倍，而每個(gè)子陣發(fā)射功率則會(huì)變?yōu)樵瓉淼?/M，進(jìn)而會(huì)大大提高雷達(dá)抗信號(hào)截獲性能。

2 MIMO雷達(dá)技術(shù)分析

2.1 空間分集技術(shù)

實(shí)踐研究表明，在MIMO雷達(dá)技術(shù)中引入空間分集技術(shù)可以借助目標(biāo)閃爍來提高雷達(dá)的整體性能，并且該種形式的雷達(dá)可以劃分到分布式MIMO雷達(dá)范疇。而就空間分集技術(shù)的必要條件而言，其主要包括以下幾個(gè)方面。圖1為雷達(dá)雙基地工作場景，其借助散射中心模型來作為其目標(biāo)，且包含Q個(gè)散射中心。與傳統(tǒng)雷達(dá)技術(shù)相比，MIMO雷達(dá)技術(shù)可以引入大量的物理陣元數(shù)目的處理自由度和觀測通道，從而可以大大改善和提高雷達(dá)系統(tǒng)的整體性能，這是當(dāng)前雷達(dá)系統(tǒng)性能改善中值得深入研究的一種技術(shù)途徑。圖1中假設(shè)目標(biāo)散射的中心線主要呈現(xiàn)均勻性，且該目標(biāo)中心與雷達(dá)發(fā)射和接收陣之間的間隔距離分別為Rt和ARr，且發(fā)射陣列和接收陣列分別為均勻線陣，而其間隔分別為d1和d2，然后根據(jù)相應(yīng)的陣元目標(biāo)線陣即可確定相應(yīng)的空間接收分集需要滿足的條件為：dr≥λRr/D。

實(shí)踐研究表明，在MIMO雷達(dá)中應(yīng)用空間分集技術(shù)可以相互統(tǒng)計(jì)多個(gè)獨(dú)立的通道，這樣也可以降低雷達(dá)信號(hào)衰落的概率，進(jìn)而還可以借助平均處理方式來抑制目標(biāo)的角閃爍，進(jìn)而達(dá)到提高雷達(dá)偵測目標(biāo)的檢測性能。另外，在MIMO雷達(dá)中應(yīng)用空間分集技術(shù)有利于提高M(jìn)IMO雷達(dá)的抗摧毀、抗反輻射導(dǎo)彈以及反隱身等能力。

2.2 虛擬陣元技術(shù)

在MIMO雷達(dá)技術(shù)中引入緊湊陣列的密集式技術(shù)，是雷達(dá)技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。密集式MIMO雷達(dá)技術(shù)沒有充分利用空間分集，但是在虛擬陣元技術(shù)的應(yīng)用中有許多潛在的應(yīng)用特點(diǎn)。由于MIMO雷達(dá)系統(tǒng)的M發(fā)N收方式主要包括MN個(gè)觀測通道，且相應(yīng)的觀測通道中的傳輸路徑主要由發(fā)射陣元和接收陣元所組成，而各個(gè)通道的延遲時(shí)間以及發(fā)射波形的MN個(gè)觀測通道匹配濾波時(shí)間的延矢量也可以也可以通過相應(yīng)的公式來進(jìn)行計(jì)算。

另外，虛擬陣元技術(shù)在MIMO雷達(dá)中的應(yīng)用也大大提高了雷達(dá)的整體性能，具體主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：虛擬陣元有利于拓展原物理接收陣列的孔徑長度，可以獲得更窄的波束方向圖，進(jìn)而達(dá)到提高陣列的空間分辨率的目的；為了產(chǎn)生更低的旁瓣，虛擬陣元還可以重疊相應(yīng)的物力陣元，并以加權(quán)的形式來加以實(shí)現(xiàn)；如果物力陣元陣列的間隔大于半波長度，則需要內(nèi)插到相應(yīng)的物理接收陣列中，從而可以無模糊地來進(jìn)行角度測量；可以增加目標(biāo)的最大可辨識(shí)數(shù)目和物理接收陣列的自由度。由此可見，在MIMO雷達(dá)系統(tǒng)中應(yīng)用虛擬陣元技術(shù)有利于改善和提高雷達(dá)的性能。

3 MIMO雷達(dá)的具體應(yīng)用

3.1 MIMO陣列對(duì)空成像雷達(dá)

實(shí)孔徑雷達(dá)和逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）是當(dāng)前應(yīng)用對(duì)空成像技術(shù)的兩種雷達(dá)類型。其中實(shí)孔經(jīng)技術(shù)則是借助單發(fā)多收的方式來實(shí)現(xiàn)陣列成像，該技術(shù)不需要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，且具有實(shí)時(shí)成像的優(yōu)點(diǎn)，但是同時(shí)也有實(shí)際的陣列規(guī)模比較大，且造價(jià)比較高等缺點(diǎn)；而逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）成像過程需要一定的時(shí)間來積累，且實(shí)時(shí)性比較差，所以為了彌補(bǔ)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)缺失，需要確定非合作高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)性狀態(tài)。而MIMO陣列在上述兩種雷達(dá)重點(diǎn)額應(yīng)用則可以有效地解決上述的問題，提高教學(xué)的質(zhì)量。虛擬陣元技術(shù)在MIMO雷達(dá)中的應(yīng)用，有利于擴(kuò)展實(shí)際物理接收陣列孔徑的長度，所以必須要采用合理的天線布陣來擴(kuò)大陣列孔徑等特點(diǎn)，以提高分辨對(duì)空成像的特點(diǎn)。鑒于MIMO雷達(dá)的并行多通道空間采樣能力，有利于充分發(fā)揮對(duì)空成像在MIMO陣列中的實(shí)時(shí)性優(yōu)勢。

另外，MIMO雷達(dá)技術(shù)本身是一種實(shí)時(shí)陣列有效性很強(qiáng)的合成技術(shù)，所以為了更好地運(yùn)用對(duì)空成像技術(shù)，可以將實(shí)孔經(jīng)雷達(dá)與MIMO雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行有效地結(jié)合以形成MIMO陣列成像雷達(dá)，并且這種新形式的成像技術(shù)有利于避免傳統(tǒng)逆合成孔徑雷達(dá)中所存在的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償困難等問題，并且也可以有效地解決實(shí)孔經(jīng)雷達(dá)成像中存在的分辨能力低的問題，所以具有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值。

3.2 MIMO-SAR

MIMO-SAR實(shí)際上就是將MIMO雷達(dá)技術(shù)和SAR系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合的一種復(fù)合雷達(dá)形式，其可以有效地解決傳統(tǒng)SAR中脈沖重復(fù)頻率在滿足大測繪和方位向高分辨率之間的矛盾。在對(duì)地觀測中，為了確保方位觀測的高分辨性，需要盡量擴(kuò)大SAR系統(tǒng)觀測帶的寬度，但是實(shí)際上這兩個(gè)方面是對(duì)立的，不可兼得，即大測繪觀測帶如果比較低，則可以避免距離向的模糊問題，而如果方位向高分辨的要求比較高，則可以避免多普勒模糊問題的出現(xiàn)。而MIMO技術(shù)在SAR系統(tǒng)中的應(yīng)用也可以以比較低的PRF來達(dá)到避免方位向多普勒模糊問題的出現(xiàn)。由于MIMO雷達(dá)具有并行多通道空間采樣能力，而MIMOSAR的一次脈沖就能夠得到MN路方位向空間采樣數(shù)據(jù)，而如果這些數(shù)據(jù)通道的方位向存在不重疊分布問題，則可以使脈沖重復(fù)頻率降低到原有SAR系統(tǒng)的1/MN，進(jìn)而達(dá)到提高M(jìn)IMOSAR整體性能的目的。

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關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)；隧道地質(zhì)；應(yīng)用

Abstract: the tunnel construction process, because the underground rock, hydrology geology condition is not clear, some accidents often happen. Occurrence ofaccidents such as collapse, sudden inrush of water, not only caused serious casualties, but also cause delays,and equipment damage. The construction of tunnel withdifficulty. Also reduces the economic benefits of tunnel construction. Therefore, advanced prediction in tunnel construction is very important. The tunnel constructionschedule, safety, quality, investment is very important.Geological radar detection technology in tunnelconstruction to provide useful information, unsafe factors decreased tunnel in the construction process, the key factors are safe and rapid construction of the tunnel.

Keywords: geological radar technology of tunnel geological; application;

中圖分類號(hào)： P412.25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2013）

前言

隧道超前預(yù)測現(xiàn)在越來越受到修建隧道工程實(shí)施的關(guān)注，其重要原因是隧道修建過程中安全問題越來越受到關(guān)注。但隧道地質(zhì)超前最重要的應(yīng)用技術(shù)是地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對(duì)隧道超前預(yù)測非常重要。故我們此篇文章重要討論其應(yīng)用。

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的目的及任務(wù)

1.1目的

為隧道的修建提供有用的資料，減少隧道修建過程中的不安全因素，使隧道能安全經(jīng)濟(jì)并且快速的修建成功。

1.2任務(wù)

1.2.1對(duì)沒有修建的地段進(jìn)行圍巖地質(zhì)條件的探測

對(duì)未修建的但是將要修建的地段，我們探測的內(nèi)容有：是否有地下水的存在，溶巖溶洞是否發(fā)育，巖性變化的情況，是否存在斷層和發(fā)育有破碎帶等。

1.2.2預(yù)報(bào)有可能會(huì)發(fā)生的災(zāi)難性突發(fā)狀況

例如在地下儲(chǔ)藏有害氣體的大量溢出。由于巖土的不穩(wěn)定導(dǎo)致的塌方。地下儲(chǔ)藏有地下水。這些都會(huì)對(duì)隧道施工造成嚴(yán)重后果。要通過雷達(dá)技術(shù)分析判斷，避免事故發(fā)生。

2.地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前預(yù)報(bào)的基本理論

地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在隧道超前預(yù)測中至關(guān)重要，但是其原理卻是非常簡單，即就是物理中的電磁波反射原理。電磁波在巖體巖土介質(zhì)中傳播，由發(fā)射天線發(fā)出一束電磁波脈沖。電磁波在地下傳播，由于波有反射性質(zhì)，當(dāng)傳播的電磁波遇到物質(zhì)時(shí)，即就是介質(zhì)，會(huì)在物質(zhì)與物質(zhì)的分界面發(fā)生電磁波反射。反射的波會(huì)被接收天線所接收，由接收天線處理。

3.地質(zhì)雷達(dá)的探測方法和步驟

3.1準(zhǔn)備工作

由于地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的原理是電磁波反射原理，所以所有能干擾電磁波的物件，都會(huì)對(duì)探測造成一定影響。我們?cè)趹?yīng)用電磁波的時(shí)候首先排除地面干擾電磁波的物體。例如一些有磁性的物體或者是金屬。

3.2測線布置

測線的布置應(yīng)該是越密越精確，但是有些時(shí)候由于地質(zhì)條件有些點(diǎn)測不出。一般情況下我們布置測線是按照‘十’字形布置。但有時(shí)我們也按照‘井’字形布置。在有些崎嶇不平的地方一般是一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)的探測，點(diǎn)數(shù)一般為5到12個(gè)。兩點(diǎn)間的距離一般為0.5到1米。

3.3數(shù)據(jù)采集及處理

為了使數(shù)據(jù)更加精確，明確介質(zhì)條件，都要對(duì)原始的雷達(dá)波進(jìn)行一系列處理。對(duì)平均道的抽取。對(duì)時(shí)間要靜校正、增益。壓制干擾波，突出有效波。

3.4數(shù)據(jù)分析與解釋

地質(zhì)超前預(yù)測是應(yīng)用雷達(dá)技術(shù)來探測未施工地段的巖體情況，做到防患于未然。這里所謂的“防患”就得根據(jù)雷達(dá)探測的數(shù)據(jù)資料來分析隧道可能發(fā)生的事故。數(shù)據(jù)資料在雷達(dá)技術(shù)上用圖像顯示出來。所以我們根據(jù)雷達(dá)顯示的圖像異常的形態(tài)，特征，還有電磁波的衰弱情況來分析我們看不到的巖體的性質(zhì)以及地質(zhì)特征。若是存在特殊異常體，則電磁波反射信號(hào)強(qiáng)。若是巖體質(zhì)量差則反映在雷達(dá)上電磁波衰弱，這是根據(jù)巖石對(duì)電磁波的吸收性來決定的。掌子面跟未施工地段的地下特征差異越大，反射波則能量則越強(qiáng)。可以根據(jù)這些異常做出有用的地質(zhì)解釋。

4.地質(zhì)雷達(dá)在隧道超前預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

4.1對(duì)不利于施工的地質(zhì)體的探測

溶洞帶，含水帶，富有裂隙帶，斷層以及破裂帶，巖土疏松帶。這些地質(zhì)巖體帶不利于施工，更不利于隧道的修建，我們要利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，結(jié)合掌子面的附近地質(zhì)水文，地質(zhì)工程情況將這些不利于施工的地質(zhì)帶的位置基本上確定。確定這些不良地質(zhì)帶后，根據(jù)具體情況下做出不同的施工方案，以此避免在施工過程中發(fā)生意外。

4.2探測未知巖溶

喀斯特是巖溶的另一個(gè)地貌名稱,指的是一些可溶性巖石收到水中化學(xué)物質(zhì)的溶蝕，水的物理沖刷作用，所形成的具有一定空間的溝，槽，和一些空洞。巖溶發(fā)育的必不可少的條件是可溶性巖石，例如碳酸鹽巖，含有化學(xué)成分的可流通的水等。下滲的地表水以及流動(dòng)的地下水，對(duì)溶巖非常重要。巖溶與圍巖性質(zhì)差異很大，所以其地質(zhì)雷達(dá)圖像很容易判斷其異常。在溶洞內(nèi)大量充填圍巖碎塊，水，空氣，上覆巖石，這些充填物與稱為“槽”的可溶性巖石之間的物質(zhì)差異很大。由于介質(zhì)的多樣性，以及物質(zhì)的差異性，而在溶巖中形成電性界面。我們只要探測出這個(gè)電性界面就探測出了巖溶的位置。同樣，由于介質(zhì)的多樣性，電磁波的反射波圖像隨著溶巖溶洞的具體情況而發(fā)生相應(yīng)的變化一般情況是在橫向上變化。

若存在強(qiáng)反射包圍弱反射，則說明可能是溶洞存在的雷達(dá)圖像。強(qiáng)反射是溶洞側(cè)壁反射的，并且常常有弧形的繞射現(xiàn)象。溶洞內(nèi)的物質(zhì)為填充物，填充物的反射為弱反射，具有高頻，低幅，波形密集的特征。但是，如果填充物為水，局部的波可變強(qiáng)。

4.3富水帶探測

含有大量水的巖體區(qū)域，如果沒有被預(yù)測出來，在隧道施工過程中將會(huì)釋放出大量的水，這將影響隧道的施工進(jìn)程和施工安全。

如果巖體中含有水，則會(huì)影響巖體巖石介質(zhì)的介電常數(shù)，從而影響反射波的波形，傳播時(shí)間等。具體是，巖石中含水時(shí)，巖石的介電常數(shù)增大，在介質(zhì)中具體表現(xiàn)為電磁波的傳播速率降低，時(shí)間變長，在反射波形圖像中則可能出現(xiàn)的是異常的正峰。另一方面，還產(chǎn)生強(qiáng)反射和繞射現(xiàn)象。還會(huì)由于出現(xiàn)散射現(xiàn)象而使波形紊亂。不僅如此，頻率也發(fā)生變化，由高頻迅速的變?yōu)榈皖l。

4.4探測斷層破碎帶

斷層破碎帶由于存在裂隙，這是由外來物質(zhì)充填到裂隙中，外來物質(zhì)和原巖性質(zhì)差異大，所以介質(zhì)常數(shù)差異也大。同時(shí)在裂隙中也可能有大量的水充填，這也影響介質(zhì)常數(shù)，裂隙中地下水的存在，使得斷層附近以及破碎帶附近穩(wěn)定性差。破碎帶空隙多，所以含水多。電磁波在穿過破碎帶時(shí)，由于破碎帶的膠結(jié)情況不同巖石性質(zhì)不同，而使得波形比較亂。具體表現(xiàn)在地質(zhì)雷達(dá)的圖像中則表現(xiàn)為：頻率變化，偶爾出現(xiàn)斷面波，地層發(fā)育有反射波，錯(cuò)短的同相軸，振幅能量明顯增強(qiáng)，有時(shí)有繞射波。破碎帶兩側(cè)的物質(zhì)差異構(gòu)造差異，使得具有波阻抗差異。由于這些波阻抗差異，使得電磁波在通過界面時(shí)電磁波的電磁能能量增強(qiáng)同時(shí)波幅增大。

4.5裂隙密集帶的探測

斷裂的兩巖體，它們沒有發(fā)生明顯的錯(cuò)動(dòng)，即就是節(jié)理，也稱之為裂隙。裂隙的發(fā)育對(duì)巖體的穩(wěn)定性有很大的影響。對(duì)巖體的強(qiáng)度也有很重要的作用。由于裂隙中可充填不同物質(zhì)，導(dǎo)致介質(zhì)常數(shù)不同，與周圍圍巖形成電性差異。當(dāng)電磁波傳播到裂隙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的界面反射波。由于裂隙內(nèi)充填的物質(zhì)具有不均一性，直接表現(xiàn)在雷達(dá)圖像中就是，會(huì)有散射、繞射、波形雜亂等特征，波幅變化大。同相軸連續(xù)，反映了裂面的平直。

小結(jié)

雖然地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是目前一種既方便又快捷而且還精確的探測技術(shù)，但是地質(zhì)雷達(dá)所得到的資料有時(shí)候具有多解性，我們?cè)趯?duì)探測地區(qū)進(jìn)行分析的時(shí)候，最好將地質(zhì)雷達(dá)探測資料與掌子面的地質(zhì)情況性質(zhì)相結(jié)合，得到更加全面更加有效更加精確的結(jié)果。

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篇3

【摘要】激光雷達(dá)是當(dāng)前應(yīng)用廣泛的一種現(xiàn)代光學(xué)遙感設(shè)備，是傳統(tǒng)雷達(dá)技術(shù)和現(xiàn)代激光技術(shù)結(jié)合后的產(chǎn)物，在大氣環(huán)境監(jiān)測中有重要的作用。本文以激光雷達(dá)的特點(diǎn)為基礎(chǔ)，對(duì)如何將其應(yīng)用到大氣環(huán)境監(jiān)測中進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】大氣環(huán)境監(jiān)測；激光雷達(dá)技術(shù)；應(yīng)用要點(diǎn)

激光雷達(dá)是集激光技術(shù)、光學(xué)技術(shù)和微弱信號(hào)解析技術(shù)于一體的一種現(xiàn)代化遙感手段，激光雷達(dá)由于探測的波長縮短，波束定向性增強(qiáng)，因此本身具有比較高的分辨率和靈敏度，能準(zhǔn)確探測盲區(qū)。激光雷達(dá)技術(shù)形式能實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣環(huán)境、海洋和陸地等探測，在各個(gè)領(lǐng)域中有重要的作用。

1激光雷達(dá)的特點(diǎn)、分類和發(fā)展

大氣環(huán)境中污染物成分的監(jiān)測，需要對(duì)氣象因素進(jìn)行掌握，探測大氣成分。激光雷達(dá)能探測氣溶膠、云粒子的具體分布，同時(shí)能進(jìn)行大氣成分、污染環(huán)境氣體的探測等，對(duì)主要污染源、城市上空污染物的擴(kuò)散等進(jìn)行有效管理。

1.1激光雷達(dá)特點(diǎn)

激光雷達(dá)對(duì)技術(shù)性有嚴(yán)格的要求，涉及到激光光源、激光發(fā)射和接收光學(xué)以及機(jī)械系統(tǒng)等，必須合理應(yīng)用脈沖技術(shù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作。激光雷達(dá)采用脈沖或者連續(xù)波兩種工作形式，探測方式也分為直接探測和外部探測等，通過發(fā)射一定頻率的激光脈沖，能將短激光脈沖發(fā)射到大氣層，沿著軌跡可以發(fā)現(xiàn)，光逐漸被小粒子散射開。反向散射到激光雷達(dá)系統(tǒng)中，被監(jiān)測器接受，接受信號(hào)后，對(duì)數(shù)據(jù)處理，得到最終結(jié)果。由于光的等速性、時(shí)間和散射器等和距離有關(guān)，沿著空間信息被檢測后，接受空氣中的粒子和分子后，能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的移動(dòng)，其本身具有比較高的分辨能力和抗干擾能力。

1.2激光雷達(dá)分類

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，激光雷達(dá)的類型有很多。在大氣污染和環(huán)境監(jiān)測過程中，地基固定式和車載激光雷達(dá)的呈現(xiàn)出網(wǎng)格化的趨勢，機(jī)載激光雷達(dá)在發(fā)達(dá)國家應(yīng)用效果比較明顯，很多空間激光雷達(dá)執(zhí)行范圍擴(kuò)大。測量對(duì)象以SO2、NOx和O3等為主，在探測過程中以高靈敏度為主，考慮到吸收形式和米氏后向散射法的具體要求，激光器發(fā)展則以半導(dǎo)形式為主，激光器的發(fā)展趨勢是采用半導(dǎo)體激光器泵浦的全固化激光器。

1.3激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展

近幾年我國激光雷達(dá)技術(shù)取得突出的進(jìn)步，我國中科院大氣物理所研制出第一臺(tái)激光雷達(dá)，同時(shí)附帶能見度比較高的YAG雷達(dá)。中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究的激光雷達(dá)，鈉層熒光激光雷達(dá)和拉曼散射激光雷達(dá)應(yīng)用優(yōu)勢比較明顯。中科院安徽光機(jī)所的激光雷達(dá)技術(shù)研究取得了突出的成就，已先后研制成功我國第一臺(tái)測污激光雷達(dá)即監(jiān)測乙烯的JC-1激光雷達(dá)、平流層氣溶膠探測L625激光雷達(dá)、可移動(dòng)雙波長對(duì)流層和近地層氣溶膠探測L300激光雷達(dá)、我國第一臺(tái)平流層臭氧探測UV-DIAL差分激光雷達(dá)，能實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境屬性的監(jiān)測[1]。

2大氣環(huán)境監(jiān)測中激光雷達(dá)技術(shù)的具體應(yīng)用

當(dāng)前我國激光雷達(dá)技術(shù)在具體檢測中起到重要的作用，在具體應(yīng)用過程中建立了雷達(dá)觀測站，激光雷達(dá)在國內(nèi)發(fā)展趨勢比較明顯，如何將其應(yīng)用到大氣環(huán)境監(jiān)測中成為重點(diǎn)。以下將對(duì)大氣環(huán)境監(jiān)測中激光雷達(dá)技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行分析。

2.1氣溶膠和邊界層的探測

在諸多大氣環(huán)境影響因素中，氣候是主導(dǎo)因素，云和氣溶膠是兩個(gè)重要但是不能確定的影響因子，氣溶膠通過吸收和散射太陽輻射以及地球的長波輻射后對(duì)大氣系統(tǒng)產(chǎn)生影響。云層對(duì)大氣輻射平衡影響較大，對(duì)于系統(tǒng)本身而言，云不僅僅是指示器，同時(shí)也是調(diào)節(jié)器，云在氣候變化中起到重要的作用，根據(jù)邊界層的參數(shù)設(shè)定要求可知，如果準(zhǔn)確確定高度和準(zhǔn)確度是張洪點(diǎn)，在實(shí)施過程中要了解傳輸模式和污染物的系數(shù)。在各項(xiàng)指標(biāo)確定的過程中，利用激光雷達(dá)能實(shí)現(xiàn)對(duì)云和氣溶膠的處理，在實(shí)踐過程采用Mie散射，包括共振熒光、偏振等，為了實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域的探測，要對(duì)消光系數(shù)、后向散射系數(shù)等進(jìn)行處理，了解結(jié)構(gòu)特征，并對(duì)各類特征進(jìn)行分析[2]。

2.2溫度的探測

溫度是一個(gè)重要的氣象參量，大氣溫度對(duì)海洋、大氣物理和天氣預(yù)報(bào)等起到重要的作用，根據(jù)現(xiàn)有溫度檢測形式可知，充分利用高分辨率的激光雷達(dá)，能得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。拉曼激光雷達(dá)也可以應(yīng)用到溫度探測中，該方案分為振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩種，可以充分利用N2和O2分子，以轉(zhuǎn)動(dòng)譜線強(qiáng)度和溫度關(guān)系測量為基礎(chǔ)，可以采用雙波長轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼散射原理實(shí)現(xiàn)大氣溫度的探查[3]。

2.3能見度的監(jiān)測

能見度的好壞直接反應(yīng)區(qū)域大氣環(huán)境的質(zhì)量，同時(shí)和人們的日常生活存在一定的聯(lián)系，尤其是海陸空交通容易受到制約。如果能見度比較低，則直接給人們帶來諸多不良影響，因此探究大氣環(huán)境質(zhì)量，了解能見度是關(guān)鍵。在能見度監(jiān)測過程中采用激光雷達(dá)技術(shù)，能直接探測激光和雷達(dá)的相互關(guān)系，根據(jù)大氣能見度的具體要求可知，為了準(zhǔn)確反應(yīng)大氣對(duì)傳輸?shù)乃p作用，需要將其作為重要手段，按照能見度和傾斜程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。水平能見度在大氣環(huán)境均勻的條件下可見度比較高，根據(jù)現(xiàn)有原理和消光系數(shù)要求可知，克服其他不良因素的影響，能滿足具體要求[4]。

2.的探測

風(fēng)速是氣候?qū)W研究的重點(diǎn)所在，也是大氣環(huán)境中污染物輸送的重要參數(shù)，大氣中風(fēng)速的測量對(duì)全球氣候有一定的積極影響，提升數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的精度是重點(diǎn)所在。在局部區(qū)域檢查過程中，要了解技術(shù)要點(diǎn)和重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)直接檢測。地基相干系統(tǒng)逐漸成熟，其整體上對(duì)發(fā)射激光有嚴(yán)格的要求，考慮到發(fā)射、接收光學(xué)系統(tǒng)等變化，要做好邊界層的風(fēng)速測量工作，非相干檢測技術(shù)受到廣泛的重視，根據(jù)邊緣檢測系統(tǒng)的具體要求可知，做好大風(fēng)場的測量是關(guān)鍵。利用單邊緣檢測技術(shù)測量風(fēng)速時(shí)，要了解氣溶膠和分子散射點(diǎn)，兼顧到大氣風(fēng)速測量類型，為了提升風(fēng)速實(shí)現(xiàn)靈敏度檢測，必須合理應(yīng)用檢測技術(shù)[5]。

2.5大氣成分的檢測

大氣成分的檢測對(duì)制定環(huán)境保護(hù)方針有重要的作用，以差分吸收激光雷達(dá)系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)形式利用激光被氣體分子的吸收和被氣溶膠、大氣分子向后散射后，直接進(jìn)行預(yù)設(shè)。該系統(tǒng)在大氣成分測定中起到重要的作用，包括：水蒸氣、臭氧和大氣污染體等，以差分吸收激光雷達(dá)測量原理作為基礎(chǔ)，要做好物質(zhì)吸收線測量工作，另外波長調(diào)到線上，以高重復(fù)頻率將這兩種波長的光交替發(fā)射至大氣中。此時(shí)由于激光雷達(dá)所測量到的這兩種波長光信號(hào)衰減差是待測對(duì)象的吸收所致，因此通過數(shù)據(jù)分析，便可得到待測對(duì)象的濃度分布，從而達(dá)到測量目的。

2.6水汽探測

水汽在大氣中含量比較少，是比較活躍的一種氣體成分，是生成云和降雨必不可少的因子，對(duì)天氣和氣候等有重要的影響，同時(shí)也是大氣污染物中氣溶膠和二次污染物形成的重要影響因素。水汽在紅外波段有很多吸收帶，能吸收很多部分的太陽輻射能，使其成為平衡地氣系統(tǒng)輻射收支的一個(gè)重要因素。水汽的重要因素和具體分布會(huì)產(chǎn)生一定的影響，利用Ranan光譜技術(shù)探測大氣中水汽垂直分布情況，激光雷達(dá)探測水汽能力逐漸提升，在具體監(jiān)測中起到重要的作用，根據(jù)空間和時(shí)間分辨率要求，嚴(yán)格按照測量精準(zhǔn)度實(shí)施，根據(jù)結(jié)構(gòu)和時(shí)間變化對(duì)技術(shù)進(jìn)行處理。激光雷達(dá)在探測水汽的高度、空間和時(shí)間分辨率、測量精度上都得到了迅速發(fā)展，顯示了它在捕獲水汽的空間結(jié)構(gòu)和隨時(shí)間變化特征等方面具有優(yōu)越的能力。

3結(jié)束語

近些年來我國激光雷達(dá)技術(shù)取得了突出的成就，朝著精細(xì)化和定量化的方向發(fā)展，為了保證技術(shù)應(yīng)用的合理性，要突出技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，嚴(yán)格按照檢測要求落實(shí)，進(jìn)而促進(jìn)該技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測工作中的合理化應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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篇4

1 引言：

隧道工程修建在山體中，因施工不善或受外界環(huán)境的影響，往往會(huì)出現(xiàn)各種病害，可能會(huì)出現(xiàn)襯砌表面開裂、襯砌背后空洞等病害，通常這些病害會(huì)影響隧道的正常使用，甚至于造財(cái)產(chǎn)損失和成人員傷亡。由于隧道工程是隱蔽性工程，因此需要一種有效、快速、無損的方法和手段進(jìn)行檢測[1]。本文結(jié)合具體應(yīng)用實(shí)例介紹了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在隧道隱蔽工程中無損檢測中的應(yīng)用。

2 原理介紹

地質(zhì)雷達(dá)（Ground Penetrating Radar, 簡 稱GPR） 作為一種無損檢測技術(shù) (Non- DestructiveDetection)，自上世紀(jì) 70 年代開始應(yīng)用至今已有 30多年的歷史，在工程各個(gè)領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用，主要解決場地勘查、線路選擇、工程質(zhì)量檢測、病害診斷、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和地質(zhì)構(gòu)造等問題。

地質(zhì)雷達(dá)是利用高頻電磁脈沖波的反射探測目的體及地質(zhì)現(xiàn)象。其探測過程如下：地質(zhì)雷達(dá)通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁脈沖，此脈沖在向地下傳播過程中遇到地下介質(zhì)分界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射[2]。反射波傳播回地表后被接收天線所接收，并將其傳入主機(jī)進(jìn)行記錄和顯示，每一測點(diǎn)接收到一道雷達(dá)波形，一條測線上全部測點(diǎn)的雷達(dá)波形排列在一起，形成完整的雷達(dá)剖面，經(jīng)過資料的后處理[3]，進(jìn)行反演解釋便可得到地下地層或目的體的位置、分布范圍、埋深等。

圖1隧道襯砌檢測典型剖面圖

3 隧道隱蔽工程檢測的條件及儀器設(shè)備

(1) 地質(zhì)雷達(dá)檢測隧道的地球物理?xiàng)l件利用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)檢測隧道質(zhì)量的項(xiàng)目主要包括:

①二次襯砌厚度檢測;

②襯砌層與圍巖之間的密實(shí)情況和是否存在危及隧道安全的空洞;

③襯砌層內(nèi)鋼拱架、鋼筋( 網(wǎng)) 的分布情況等。隧道襯砌的混凝土、鋼筋、空洞( 空氣或水) 以及巖體之間存在明顯的電性差異, 這導(dǎo)致雷達(dá)波在不同介質(zhì)里的傳播速度不同，這就為使用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)檢測隧道的上述項(xiàng)目提供了探測的前提條件。

( 2) 儀器設(shè)備

目前國內(nèi)常見的投入野外生產(chǎn)的地質(zhì)雷達(dá), 主要有瑞典的 REMAC系列、美國的 SIR 系列、加拿大的 EKKO 系列等。這些不同型號(hào)的雷達(dá), 其主要功能用途也不一樣, 有的用于超前地質(zhì)預(yù)報(bào), 有的用于裂縫深度檢測, 還有的用于公路厚度檢測。從90年代末 開 始 , 我 們 先 后 使 用 國外先進(jìn)地質(zhì)雷達(dá)對(duì)公路、鐵路、水利等各類隧道進(jìn)行了大量的無損檢測工作, 取得了很好的效果。這兩種儀器均采用先進(jìn)的硬件儀器及數(shù)字處理軟件, 適用于各種型號(hào)的微機(jī)[4]。采集數(shù)據(jù)在天線端口即被數(shù)字化, 成為真正的數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)，探測的深度范圍可達(dá) 2.5m 左右, 完全可以滿足隧道隱蔽工程質(zhì)量無損檢測的需要( 圖 2，圖3) 。

圖2地質(zhì)雷達(dá)檢測襯砌厚度工作原理圖

圖3地質(zhì)雷達(dá)檢測空洞原理圖

3.1 襯砌厚度檢測

地質(zhì)雷達(dá)檢測技術(shù)采用了先進(jìn)的連續(xù)透視掃描無損探測技術(shù)，探測精度比傳統(tǒng)檢測方法高，且又是連續(xù)掃描，可獲得隧道探測的連續(xù)信號(hào)[5]。如圖4是襯砌厚度示意圖。從圖中可以看到，由于襯砌是由混凝土組成，襯砌和圍巖是由不同的物質(zhì)材料構(gòu)筑而成，不同介質(zhì)有不同的結(jié)構(gòu)特征，與混凝土相比，圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因而圍巖中內(nèi)反射波明顯，混凝土內(nèi)部反射波較少。內(nèi)部反射波的高、低頻率特征明顯不同，這是區(qū)分不同物質(zhì)界面的依據(jù)。

圖4 襯砌厚度檢測示意圖

1.2鋼筋數(shù)量檢測

隧道襯砌結(jié)構(gòu)所使用鋼支撐及鋼筋網(wǎng)均屬于良性導(dǎo)體，當(dāng)雷達(dá)波從介質(zhì)入射到導(dǎo)體表面時(shí)，由于金屬導(dǎo)體中電磁波速為零，不能傳播。鋼筋對(duì)于電磁波的能量幾乎全部都反射回來，反射系數(shù)近乎為1，反射極強(qiáng)。應(yīng)用高頻天線探測，鋼筋形成清晰的反射弧[6]，因此能夠可靠地檢測出鋼筋數(shù)量。圖4是鋼筋數(shù)量檢測示意圖，從圖中我們可以清晰的判斷出鋼筋的數(shù)量和位置。

圖5鋼筋數(shù)量檢測示意圖

篇5

關(guān)鍵詞：地質(zhì)雷達(dá)；高速公路；軟基加固

中圖分類號(hào)：U412.36+6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

近年來，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用日趨廣泛，得到人們的關(guān)注，國內(nèi)外資料表明地質(zhì)雷達(dá)很適用于路基結(jié)構(gòu)檢測。地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)在山區(qū)溝谷型軟基加固效果探測中的應(yīng)用原理與其在路基結(jié)構(gòu)病害探測的原理基本相同，是通過軟基加固處理以后，軟土作為電磁波傳播的介質(zhì)體，由于其工程性質(zhì)的變化而引起它本身的電特性的變化或者處理效果差異較大的兩層軟土電特性的差異比較大，在電磁波傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁波反射，通過對(duì)地質(zhì)雷達(dá)圖像進(jìn)行分析解釋，來確定軟基處理加固的效果。

1工程概況

X高速公路施工項(xiàng)目某土建標(biāo)段地處山間谷地，地勢東高西低，呈窄帶狀，大部為農(nóng)田，寬為 10m～50m，低洼溝谷地帶一般覆蓋 4~12 m 薄厚不均的粘土層，谷地地下水主要為孔隙潛水，長期飽水，軟粘土呈液塑至軟塑狀，固結(jié)速度慢，地基承載力較低，一般 0.05~0.15 MPa。路線在該地帶以路堤形式通過，路基填筑土由泥巖、砂巖塊、碎石、角礫及粘土等組成，碎石粒徑一般 60～200mm，填筑前一般先清除表層耕植土和淤泥,再分層填筑路堤，該路段一般利用塑料插板（固結(jié)排水）、土工格柵、反壓護(hù)道等措施處理加固軟基。

X高速公路某土建標(biāo)段軟基加固效果探測現(xiàn)場使用儀器是美國 GSSI 公司生產(chǎn)的 SIR-3000 型工程探地雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是目前世界上較為先進(jìn)的探地雷達(dá)系統(tǒng)，具有掃描快、低噪聲、實(shí)時(shí)顯示、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，既可連續(xù)探測，也可以點(diǎn)測，而且具有先進(jìn)的濾波功能與信號(hào)放大功能。

2地質(zhì)雷達(dá)探測方式與現(xiàn)場探測實(shí)施

2.1測量方法與參數(shù)選取

（1）測量方法

地質(zhì)雷達(dá)在工程探測應(yīng)用中，需要根據(jù)所要檢測的目標(biāo)體所處的環(huán)境和其特性進(jìn)行了解和分析，從而選擇合適的探測方式。地質(zhì)雷達(dá)采用的是高頻電磁波進(jìn)行探測，其運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律與地震勘探方法類似。目前最常用的測量方法主要有三種：剖面法、透射法和寬角法。

（2）探測參數(shù)的選取

探測參數(shù)選擇合適與否關(guān)系到測量的效果。探測參數(shù)主要包括天線中心頻率、時(shí)窗、采樣率、測點(diǎn)點(diǎn)距與發(fā)射—接收天線間距。

2.2現(xiàn)場探測

① 測線布置

現(xiàn)場對(duì)X高速公路某土建標(biāo)段填筑體進(jìn)行了雷達(dá)探測，由于該場地填筑體是先填筑好中間段，后填筑好兩端，故分兩期對(duì)填筑體進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)探測，其中中間段是重點(diǎn)檢測地段。

測線布置見X高速公路某土建標(biāo)段場地填筑體雷達(dá)探測測線布置圖1：中間段縱向測線間距為 5m，橫向測線間距為 10m，縱向測線有測線17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30 共 14 條測線，橫向測線有測線 6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16 共 11 條。

圖1X高速公路某土建標(biāo)段場地填筑體雷達(dá)探測測線布置圖

② 物探工程完成量

從測線布置和工作方法上看，部分地質(zhì)雷達(dá)工作量見表1。

表1 地質(zhì)雷達(dá)探測工程量

3數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析

地質(zhì)雷達(dá)資料的解釋過程就是通過對(duì)剖面圖的分析解析，擇取有用的地質(zhì)信息。

3.1 反射層的拾取

一般情況下是從垂直方向的測線開始，然后逐條進(jìn)行測量。最后拾取的反射層必須保證可以在全部測線中保持連接，并且在全部測線交點(diǎn)上保持相互一致性。

根據(jù)勘探鉆孔對(duì)應(yīng)的位置與地下反射層波組特征劃分反射波組以后，需要依據(jù)反射波組的相似性與同相性進(jìn)行地質(zhì)層的對(duì)比與追蹤。

3.2 時(shí)間剖面的解釋

在對(duì)比勘探鉆芯與雷達(dá)圖像資料的基礎(chǔ)上，充分利用時(shí)間剖面范圍大和直觀性的特點(diǎn)，縱觀整條測線，研究重點(diǎn)反射波組的特征及其相互關(guān)系，掌握反射特征波組的地質(zhì)構(gòu)造特征，其別需要重點(diǎn)研究特征波組的同相軸變化

3.3 地質(zhì)雷達(dá)探測圖像解釋

對(duì)X高速公路某土建標(biāo)段場地填筑體進(jìn)行的探地雷達(dá) 100MHz 頻率探測獲得的物探資料，經(jīng)過資料的分析、處理、解釋，得到各測線下回填情況信息如下：

中間段為重點(diǎn)詳查段，縱橫向測線間距較密，縱向間距 10m，橫向間距 5m，100MHz 頻率探測，探測最大深度 15m。通過對(duì)場地中間段縱向測線 14 條和橫向測線 11 條雷達(dá)探測資料進(jìn)行處理分析，如圖 2。

圖 2 雷達(dá)探測圖像

3.4軟基處理效果地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)論

通過對(duì) 11 條橫向測線和 18 條縱向測線雷達(dá)探測資料進(jìn)行分析，在改場地中間段圈定出此段的陰影區(qū)域?yàn)榛靥钋访軐?shí)相對(duì)較嚴(yán)重帶，其它區(qū)域僅局部回填欠密實(shí)或輕微欠密實(shí)，如圖 3。由于陰影區(qū)域存在回填欠密實(shí)現(xiàn)象，可能會(huì)引起填筑體的不均勻沉降，導(dǎo)致路面開裂，并可能由于不均勻沉降而引起天棚基礎(chǔ)不穩(wěn)造成大的危害事故。建議在圈定出的陰影區(qū)域采用壓漿處理，特別要加強(qiáng)天棚基礎(chǔ)下的壓漿處理；為保證天棚基礎(chǔ)穩(wěn)固，圈定出的陰影區(qū)域外的天棚基礎(chǔ)下也應(yīng)適當(dāng)做壓漿處理。

圖 3X高速公路某土建標(biāo)段場地填筑體雷達(dá)探測回填欠密實(shí)異常區(qū)圖

5結(jié)束語

利用地質(zhì)雷達(dá)該場地進(jìn)行探測，并且對(duì)地質(zhì)雷達(dá)資料進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，得出如下結(jié)論：

（1）利用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)X高速公路某土建標(biāo)段場地軟基處理后的25條測線的4815個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行探測，局部回填欠密實(shí)或輕微欠密實(shí)，可能會(huì)引起填筑體的不均勻沉降，導(dǎo)致路面開裂，并可能引發(fā)場地中間段基礎(chǔ)的不均勻沉降。

（2）利用 SIR—3000 型地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)采用 100MHz 的頻率天線的探測結(jié)果表明，利用地質(zhì)雷達(dá)探測 15m 以內(nèi)的軟基密實(shí)度，其探測精度與分辨率均能滿足要求。

參考文獻(xiàn)

[1]龔曉南．地基處理技術(shù)發(fā)展與展望[M].北京：中國水利水電出版社，知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社.2004

篇6

關(guān)鍵詞：LIDAR 電力 線路 測量 精度

中圖分類號(hào)：P237 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）03（c）-0035-02

1 LIDAR技術(shù)簡介

LIDAR（Light Detection and Ranging）技術(shù)是集激光測距（LRS，Laser Ranging System）、數(shù)字航空攝影、差分GPS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）等多種測量技術(shù)的新型測量系統(tǒng)。LIDAR技術(shù)可獲取各種地表數(shù)據(jù)。它發(fā)射的激光能穿透地面的植被，在剔除地面植被及地物的數(shù)據(jù)后，就可以生成地表的數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)。利用DEM數(shù)據(jù)及通過差分GPS和INS得到的航空數(shù)碼影像的外方位元素，對(duì)航空數(shù)碼影像進(jìn)行正射糾正，可以生成正射影像圖。還可以對(duì)地面的地物、道路、植被等信息進(jìn)行分類提取。LIDAR技術(shù)測量只需要做少量的地面控制點(diǎn)和少量的外業(yè)調(diào)繪工作。LIDAR技術(shù)不需要做航測外控點(diǎn)測量，只需在利用LIDAR技術(shù)進(jìn)行測量時(shí)，在地面做少量的基站。LIDAR技術(shù)能獲取地物、植被的數(shù)據(jù)，還可以直接提取所需要的交叉跨越（道路、河流、電力線、通信線等）、房屋、獨(dú)立地物等信息。

2 LIDAR技術(shù)的特點(diǎn)

（1）主動(dòng)式遙感系統(tǒng)：它由機(jī)載激光掃描儀發(fā)射激光，接收地面反射回來的激光。激光脈沖信號(hào)能部分穿透植被，可以同時(shí)獲取地面和地物數(shù)據(jù)。（2）高效率：LIDAR技術(shù)采集高程點(diǎn)的密度大，能夠迅速采集大量的高程數(shù)據(jù)。LIDAR數(shù)據(jù)后處理工作可以自動(dòng)或半自動(dòng)將LIDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)。（3）高精度：激光脈沖不易受陰影、太陽光角度的影響，高程精度不受航高的限制，它的平面精度可以達(dá)到亞米級(jí)，高程精度可以達(dá)到10cm左右。（4）采集的信息豐富：LIDAR技術(shù)可以獲得地面和地物三維坐標(biāo)，通過濾波處理，可以得到我們想要的地面、地物、植被的數(shù)據(jù)。

3 LIDAR技術(shù)在電力線路工程中的應(yīng)用

3.1 傳統(tǒng)測量技術(shù)應(yīng)用

在傳統(tǒng)電力線路工程勘測設(shè)計(jì)中，多采取工程測量和航空攝影測量的方法進(jìn)行。工程測量方法測量的地面信息精度高，但外業(yè)工作量大，測量的工期長，而且不利于勘測設(shè)計(jì)的一體化與優(yōu)化設(shè)計(jì)。而利用傳統(tǒng)航空攝影測量進(jìn)行電力線路勘測設(shè)計(jì)，不僅需要進(jìn)行大量的GPS外控點(diǎn)測量，還需要進(jìn)行大量的野外調(diào)繪工作，航測的內(nèi)業(yè)時(shí)間長，勘測設(shè)計(jì)的成本很高，工期偏長。而且傳統(tǒng)的航空攝影測量在測量植被厚的隱秘地區(qū)時(shí)，測量的高程精度很低，影響電氣專業(yè)人員準(zhǔn)確排桿；傳統(tǒng)的航空攝影測量方法也不能生成準(zhǔn)確的塔基斷面圖。所以采用傳統(tǒng)測量技術(shù)進(jìn)行電力線路工程勘測設(shè)計(jì)，獲得的勘測成品精度較低，內(nèi)、外業(yè)工作量大，勘測設(shè)計(jì)工期長，不利于勘測設(shè)計(jì)優(yōu)化，不利于降低工程投資。

3.2 LIDAR技術(shù)應(yīng)用

利用LIDAR技術(shù)進(jìn)行電力線路的勘測設(shè)計(jì)具有很大的優(yōu)越性。LIDAR技術(shù)只要做少量的GPS控制點(diǎn)和少量的調(diào)繪工作，縮短了勘測設(shè)計(jì)的工期，減少了勘測設(shè)計(jì)的成本。

LIDAR技術(shù)的激光能穿透植被，得到地面的數(shù)據(jù)，這樣就能進(jìn)行隱秘地帶的測量。對(duì)LIDAR數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，可生成正射影像圖，進(jìn)而生成帶電力線路路徑的三維數(shù)字地面模型圖，可以方便地在上面進(jìn)行線路路徑選擇。確定了線路路徑后，可以生成線路平斷面圖，再生成塔基斷面圖，便可進(jìn)行一次性勘測設(shè)計(jì)，能讓勘測設(shè)計(jì)一體化，大大地縮短了勘測設(shè)計(jì)的周期，減少了勘測設(shè)計(jì)成本，并且能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)省工程投資。

（1）LIDAR技術(shù)外業(yè)航飛。

首先做基站點(diǎn)，基站點(diǎn)要分布合理，保證航飛時(shí)飛機(jī)的30km內(nèi)至少有一個(gè)基站。基站需要選在開闊、交通便利的地方，沒有樹木、房屋等擋住衛(wèi)星信號(hào)，周圍無電子干擾源，不能有大片水面或其他反射面。基站最好事先進(jìn)行高程、坐標(biāo)的聯(lián)系測量，便于以后進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。在進(jìn)行外業(yè)測量的時(shí)候，應(yīng)注意航帶是要有一定的重疊度，要注意LIDAR系統(tǒng)的以下參數(shù)的選用：如激光波長、最大重復(fù)脈沖頻率、脈沖回波記錄模式、功率、光斑尺寸、掃描角、掃描模式等。

（2）LIDAR數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理。

先進(jìn)行異常點(diǎn)的剔除，在LIDAR數(shù)據(jù)中有些數(shù)據(jù)明顯不合理，要將它剔除，例如經(jīng)過多重反射回來的數(shù)據(jù)、空中飛行物反射的數(shù)據(jù)等。再進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，GPS接收、解算的均是WGS84坐標(biāo)，而我們常用的一般為1954北京坐標(biāo)，要將WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成1954北京坐標(biāo)，一般要聯(lián)測3個(gè)以上的54坐標(biāo)控制點(diǎn)，進(jìn)行七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。高程系統(tǒng)一般與平面坐標(biāo)同時(shí)處理，將大地高轉(zhuǎn)換成正高。再進(jìn)行航帶合并，進(jìn)行航飛時(shí)經(jīng)常有多條航帶，這些航帶必須有（10%～20% ）的重疊度，要將不同航帶的LIDAR原始數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，按一定的順序合并成一個(gè)整體。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理最重要的步驟是LIDAR數(shù)據(jù)的濾波。接著進(jìn)行正射影像圖和三維立體模型數(shù)據(jù)的生成，將已有的電力線數(shù)據(jù)、協(xié)議區(qū)數(shù)據(jù)、與電力線路路徑有關(guān)的擬建、在建項(xiàng)目等相關(guān)數(shù)據(jù)輸入，一起生成正射影像圖和三維立體模型數(shù)據(jù)。

（3）電力線路路徑優(yōu)化。

以線路電氣專業(yè)人員為主，在結(jié)構(gòu)、測量、地質(zhì)、水文等專業(yè)人員的配合下，進(jìn)行電力線路的路徑選擇和優(yōu)化。在LIDAR數(shù)據(jù)生成的正射影像圖和三維立體模型圖中，設(shè)計(jì)人員可以圖上看到全局的真實(shí)情況，能很容易地避開不利的因素，得到合理的線路路徑。由于LIDAR技術(shù)能對(duì)隱秘地帶進(jìn)行測量，能比較準(zhǔn)確獲得每個(gè)塔位的位置和高程，設(shè)計(jì)人員在選擇路徑時(shí)，可考慮塔位的具體情況，在設(shè)計(jì)時(shí)能做到線中有位、線位結(jié)合，能得到最優(yōu)的線路路徑。

（4）確定線路桿塔位置。

在線路的路徑基本確定以后，就可以生成線路的平斷面圖，也可以生成風(fēng)偏點(diǎn)。美國的海拉瓦平臺(tái)和我國的適普軟件能較好的做到這些功能。由于LIDAR技術(shù)能穿透植被，建立的地面、地物高程模型比較準(zhǔn)確，生成的平斷面圖也比較準(zhǔn)確，線路設(shè)計(jì)人員可準(zhǔn)確地確定桿塔位置。

（5）生成塔基斷面圖及三維立體模型

在桿塔位置確定以后，可以生成較準(zhǔn)確的塔基斷面圖。設(shè)計(jì)人員可以檢查每一個(gè)塔位的地理情況，如果不合適，還可以進(jìn)行塔位的調(diào)整。如果找不到合適的塔位，還可以將線路路徑進(jìn)行調(diào)整。接著可制作帶塔位的線路路徑三維立體模型。

（6）外業(yè)定位放樣。

確定了線路路徑、桿塔位置以后，就可以利用RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）GPS進(jìn)行外業(yè)定位放樣。此階段，要注意檢核危險(xiǎn)斷面點(diǎn)、高等級(jí)電力線、通訊線、重要跨越、隱秘地帶的高程、塔基斷面等，如有出入的地方，要及時(shí)改正，并反饋給設(shè)計(jì)人員。

3.3 應(yīng)用實(shí)例

在某500kV線路工程中，應(yīng)用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化選線，取得了預(yù)期的效果，與初設(shè)相比，縮短了線路長度1km，減少了交叉跨越3處，減少了占用森林、農(nóng)田面積56畝，減少了房屋的拆遷4 000m2，節(jié)約了工程投資5 550 000元，切實(shí)達(dá)到了線路路徑優(yōu)化的目的。

4 LIDAR技術(shù)的誤差分析

進(jìn)行了LIDAR系統(tǒng)的完善校正以后，機(jī)載LIDAR的定位精度是由GPS的定位精度、姿態(tài)測量裝置的量測精度、激光測距儀的測距精度和掃描角的測量精度決定的。系統(tǒng)中任何一種傳感器精度的降低，都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)定位精度的下降。誤差公式如下。

在飛行高度

在某高壓線路工程中，使用4臺(tái)天寶GPS5700，用運(yùn)五飛機(jī)進(jìn)行航飛，利用芬蘭公司的TerraSolid商業(yè)軟件進(jìn)行LIDAR數(shù)據(jù)處理，并對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行了精度分析，分析結(jié)果見表1。

由表1可以得出結(jié)論：用LIDAR技術(shù)進(jìn)行電力線路的勘測設(shè)計(jì)技術(shù)上是可行的，精度是可以滿足設(shè)計(jì)要求的（平地可控制在±0.3m左右，山區(qū)可控制在±0.6m左右）。

5 結(jié)語

利用LIDAR技術(shù)進(jìn)行電力線路的勘測設(shè)計(jì)，只需做少量的地面控制點(diǎn)和少量的外業(yè)調(diào)繪工作，能提高隱秘地帶測量的高程精度，縮短了勘測設(shè)計(jì)的周期，并且可以實(shí)現(xiàn)勘測設(shè)計(jì)一體化。可方便地進(jìn)行電力線路工程優(yōu)化選線，效率更高，操作更簡便。利用LIDAR技術(shù)生成的三維場景，可以進(jìn)行全線漫游及多視角觀察，設(shè)計(jì)人員能更好地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)地物的判斷、空間位置的確定更準(zhǔn)確、便捷，能更好地避讓重要地物，更合理地選擇線路路徑和桿塔位置。

但LIDAR技術(shù)也有很多待完善的地方，如：LIDAR航飛的寬度比較窄，航飛的時(shí)間比較長，航飛的成本比較高，航飛管理也較復(fù)雜，空域申請(qǐng)較為困難；在植被很茂盛的地方，LIDAR技術(shù)的高程精度也會(huì)降低；LIDAR的數(shù)據(jù)處理軟件偏少，處理過程復(fù)雜，復(fù)雜地物的提取還需要很多的人工干預(yù)；LIDAR點(diǎn)云的濾波技術(shù)還有待于進(jìn)一步改進(jìn)等。

參考文獻(xiàn)

[1] 殷金華，孫朝陽，鄭彥春.機(jī)載激光測量技術(shù)在特高壓輸電線路工程中的應(yīng)用研究[J].電力建設(shè)，2007，2（7）：9-13.

篇7

1雷達(dá)功能與特點(diǎn)

雷達(dá)是利用電磁波探測目標(biāo)的電子設(shè)備，是通過無線電定位方式，來實(shí)現(xiàn)無線電探測與測距，通過回波測定發(fā)現(xiàn)探測目標(biāo)空間位置信息，由于雷達(dá)通過無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)探測，所以也被稱為“無線電定位”。其探測原理是通過發(fā)射電磁波，對(duì)探測目標(biāo)進(jìn)行照射，在通過天線接收其回波，提取回波信息，來獲取測定目標(biāo)速度、方位、高度等信息。探測通信過程中信息載體是無線電波，天線接收回波后，由接收設(shè)備進(jìn)行處理，提取信息數(shù)據(jù)，當(dāng)前廣泛應(yīng)用于：氣象領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、航空領(lǐng)域。雷達(dá)技術(shù)最早出現(xiàn)于一戰(zhàn)時(shí)期，但由于當(dāng)時(shí)受到技術(shù)水平限制，探測范圍和準(zhǔn)確性都存在局限。二戰(zhàn)時(shí)期雷達(dá)技術(shù)得到實(shí)際運(yùn)用，且已十分成熟，能實(shí)現(xiàn)地對(duì)空、空對(duì)空、空對(duì)地的探測識(shí)別。隨后更融入了脈沖跟蹤技術(shù)，能通過跟蹤模式對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤探測，且探測中系統(tǒng)能自動(dòng)修正干擾誤差，提高探測準(zhǔn)確性和有效性。二十世紀(jì)末，微處理技術(shù)與光學(xué)探測技術(shù)融入雷達(dá)領(lǐng)域，使雷達(dá)探測實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化，能自動(dòng)進(jìn)行多目標(biāo)跟蹤探測，在軍事領(lǐng)域中做出了巨大貢獻(xiàn)。

2雷達(dá)通信技術(shù)

雷達(dá)應(yīng)用非常廣泛，可探測飛機(jī)、艦艇、導(dǎo)彈。除軍事用途外，還可用來為飛機(jī)、船只導(dǎo)航。另一方面，氣象領(lǐng)域中的應(yīng)用，可探測臺(tái)風(fēng)、雷雨、烏云，以實(shí)現(xiàn)預(yù)測天氣目的。雷達(dá)通信基本過程是，發(fā)射機(jī)發(fā)射電磁波，由收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)傳送給天線，由天線將電磁波發(fā)送出進(jìn)行傳播，電磁波遇到目標(biāo)后產(chǎn)生回波，回波被天線獲取，通過接收設(shè)備進(jìn)行信號(hào)處理。距離測量是根據(jù)回波延遲時(shí)間判斷，計(jì)算公式為S=CT/2。方向探測通常利用天線方向性，測定方位角和俯仰角。速度測試方面則根據(jù)回波頻率改變量確定，其基本原理是多普勒頻移。但實(shí)際上雷達(dá)應(yīng)用中，通信過程可能受到干擾設(shè)備或其他外部信號(hào)干擾，同時(shí)會(huì)被電子偵察設(shè)備探測到通信信號(hào)。因此，要加強(qiáng)雷達(dá)抗干擾，反偵察能力。現(xiàn)代雷達(dá)為提高通信穩(wěn)定性與可靠性，融入了數(shù)據(jù)處理技術(shù)、加密技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)、分布式有源技術(shù)、自適應(yīng)波束形成技術(shù)、光電子技術(shù)。這便使得雷達(dá)通信抗干擾能力大大提升，數(shù)據(jù)處理效率和水平明顯提高，能實(shí)現(xiàn)多頻道、多極化、多模式通信，而且通信數(shù)據(jù)形式更加多元。

3雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)顯控

通過前文分析不難看出雷達(dá)探測的應(yīng)用優(yōu)勢。雷達(dá)設(shè)備種類繁多，技術(shù)含量高，應(yīng)用范圍廣。根據(jù)用途不同可分為：軍用雷達(dá)、預(yù)警雷達(dá)、引導(dǎo)指揮雷達(dá)、機(jī)載雷達(dá)、氣象雷達(dá)、航行管制雷達(dá)等。雷達(dá)探測不受天氣影響，穿透力強(qiáng)，探測效果好。但探測有效性和準(zhǔn)確性，通常與信號(hào)處理機(jī)顯控有直接關(guān)系。近些年來，現(xiàn)代雷達(dá)中接收采樣數(shù)據(jù)量成倍增加，信號(hào)處理機(jī)顯控難度提高，使得信號(hào)處理機(jī)顯控成為雷達(dá)研究領(lǐng)域熱門課題。為提升顯控有效性，修正誤差，一般情況應(yīng)通過MAD抑制低速雜波信號(hào)，區(qū)分雜波與目標(biāo)回波。由于雜波與目標(biāo)回波頻率不同，所以能通過濾波器消除。但實(shí)際上，由于雜波中心頻率位于零頻，多普勒頻移未知，卻容易被濾波器忽略，所以傳統(tǒng)MAD抗干擾濾波方式，效果并不好，會(huì)出現(xiàn)顯控判斷現(xiàn)象。為解決這一問題，就應(yīng)利用自適應(yīng)恒虛警檢測，通過CFAR檢測抑制雜波。另一方面，還可選擇匹配數(shù)字濾波器方式，利用脈沖壓縮處理方式，進(jìn)行波篩選，將雜波進(jìn)行掩蓋，避免雜波干擾。但實(shí)際應(yīng)用中，由于模擬技術(shù)缺陷，掩蓋效果與理論值可能會(huì)存在差異。雜波分為:地物雜波與氣象雜波幾大類，不同雜波波幅與干擾程度不同，但通常雜波也具有一定規(guī)律性。因此，為了彌補(bǔ)理論值誤差問題，則可通過改進(jìn)濾波方式，實(shí)現(xiàn)抑制雜波，保障顯控準(zhǔn)確性與有效性。例如，對(duì)多普勒濾波器進(jìn)行利用。該濾波器能有效提高顯控質(zhì)量，通過FIR實(shí)現(xiàn)濾波，抗干擾性能非常好，而且容易實(shí)現(xiàn)。除以上幾種技術(shù)手段還，近些年來，很多雷達(dá)也在開始MTD技術(shù)，該技術(shù)是通過窄帶濾波器組的方式來實(shí)現(xiàn)抑制雜波，從而改善信號(hào)接收機(jī)性能，全面提高接收有效性，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量顯控，該技術(shù)雜波抑制效果非常明顯。但各類技術(shù)手段有著不同特點(diǎn)和適用范圍，具體應(yīng)用中，要根據(jù)雷達(dá)信號(hào)接收機(jī)特點(diǎn)和顯控要求及實(shí)際雜波特性規(guī)律選擇抑制方式。

4結(jié)束語

雷達(dá)探測不受地形，天氣情況影響，而且探測距離遠(yuǎn)，準(zhǔn)確性與可靠性高，能應(yīng)于海洋探測、地理探測、航空探測等眾多領(lǐng)域。但隨著雷達(dá)數(shù)字化的發(fā)生，接收機(jī)采樣數(shù)據(jù)量越來越大，使得信號(hào)處理機(jī)顯控難度隨之提高，準(zhǔn)確性出現(xiàn)下降，雜波處理面臨挑戰(zhàn)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)雜波特性與顯控要求，合理選擇濾波技術(shù)，保證顯控質(zhì)量。

作者:陳兵 單位:四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司

參考文獻(xiàn):

[1]梁成壯.雷達(dá)伺服系統(tǒng)功能仿真和性能測試軟件平臺(tái)研制[D].西安電子科技大學(xué),2014,04:203-204.

篇8

關(guān)鍵詞：激光雷達(dá)；工程測繪； 應(yīng)用

隨著上世紀(jì)80年代激光機(jī)技術(shù)的突破，推進(jìn)了激光技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。激光雷達(dá)采取與激光測距器類似的原理和構(gòu)造進(jìn)行研制，其工作在由紅外到紫外光譜段的探測系統(tǒng)中。由于激光雷達(dá)的不斷改進(jìn)，其重復(fù)頻率快、峰值功率高、體積小、波長范圍廣，目前已在工程測繪的多個(gè)領(lǐng)域得以應(yīng)用。

激光雷達(dá)測繪技術(shù)概述

激光雷達(dá)是在光頻波段工作的雷達(dá)，且與微波雷達(dá)的工作原理相近，利用光頻波段的電磁波向目標(biāo)地點(diǎn)發(fā)射探測信號(hào)，然后再將接收到的同波信號(hào)和發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較，進(jìn)而得知目標(biāo)的方位、距離、高度等具置，以及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤、探測和識(shí)別。激光測距機(jī)是簡化的激光雷達(dá)形式，在激光測距技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)方位配置、測量俯仰狀態(tài)、自動(dòng)跟蹤激光目標(biāo)等，以此構(gòu)成完整的目標(biāo)探測與跟蹤激光雷達(dá)。一般情況下，激光雷達(dá)由激光接收機(jī)、激光發(fā)射機(jī)、伺服控制系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、操控顯示終端組成，且激光雷達(dá)可根據(jù)不同方法進(jìn)行分類：如果按照發(fā)射波形與數(shù)據(jù)處理的方式，可分為連續(xù)波激光雷達(dá)、脈沖激光雷達(dá)、脈沖壓縮激光雷達(dá)、脈沖多普激光雷達(dá)、動(dòng)目標(biāo)顯示激光雷達(dá)及成像激光雷達(dá)等；如果按照安裝的平臺(tái)劃分，則分為機(jī)載激光雷達(dá)、地面激光雷達(dá)、航大激光雷達(dá)以及艦載激光雷達(dá)等；根據(jù)完成的不同任務(wù)，分為靶場測量激光雷達(dá)、火控激光雷達(dá)、障礙物回避激光雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)激光雷達(dá)、飛機(jī)著艦引導(dǎo)激光雷達(dá)。

在實(shí)際應(yīng)用中，激光雷達(dá)可以單獨(dú)使用，也可與微波雷達(dá)、紅外電視、可見光電視、微光電視等組合使用，讓系統(tǒng)既能搜索到遠(yuǎn)距離目標(biāo)，也可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)精密跟蹤，在當(dāng)前工程測繪中應(yīng)用廣泛。

激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用

2.1基礎(chǔ)測繪

在基礎(chǔ)測繪中，包含數(shù)字正射影像、數(shù)字線劃地圖以及數(shù)字柵格地圖。對(duì)于數(shù)字正射影像與數(shù)字線劃地圖來說，其生產(chǎn)離不開高精度三維信息的技術(shù)支持。例如，數(shù)字正射影像就是在精確的地形信息基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)字微分糾正而獲得。由于數(shù)字?jǐn)z影測量工作的程序較復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)要求與技術(shù)路線也非常嚴(yán)格，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)人員提出更高的技能要求。而機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)所提供的地面三維坐標(biāo)，則可以滿足高精度影像微分糾正的要求，讓數(shù)字正射影像生產(chǎn)更加容易，并不需要數(shù)字?jǐn)z影測量平臺(tái)，極大降低成本，在一般遙感圖像處理系統(tǒng)中就可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。另外，高精度的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可直觀反映地物、植被等三維信息，充分利用這些資源，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的判讀與測量，提高數(shù)據(jù)的采集效率與質(zhì)量。

2.2精密工程的測量

很多精密工程的測量，都涉及到測量目標(biāo)的采集，并獲得三維坐標(biāo)信息或者三維物體模型，例如在水文測量、建筑測量、沉降測量、電力選線、文物考古、變形測量等行業(yè)中。地面激光雷達(dá)和機(jī)載激光雷達(dá)就是解決這類問題的有效方法。利用數(shù)碼相片獲得紋理信息，并與構(gòu)筑物模型實(shí)現(xiàn)疊加，以構(gòu)建三維模型，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)景觀的規(guī)劃分析、物體保護(hù)、形變測量、規(guī)劃決策等。例如激光雷達(dá)技術(shù)在鐵路設(shè)計(jì)、公路設(shè)計(jì)中提供的高精度地面高程模型，可便于線路的設(shè)計(jì)與施工方法精確計(jì)算。在電力線路設(shè)計(jì)過程中，利用激光雷達(dá)技術(shù)的成果數(shù)據(jù)可以對(duì)整個(gè)線路有所了解，包括公共區(qū)域內(nèi)的地物、地形等要素；在電路線維護(hù)或搶修時(shí)，根據(jù)電力線路中的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以及對(duì)應(yīng)地面點(diǎn)的高程，計(jì)算出任意位置線路距離地面的高度，方便維護(hù)與搶修；另外，在樹木的密集區(qū)內(nèi)，也可利用激光雷達(dá)估算出需要砍伐樹木的面積與木材量。

2.3數(shù)字礦山的構(gòu)建

數(shù)字礦山的建立既滿足環(huán)境友好型、經(jīng)濟(jì)節(jié)約型社會(huì)需要，也對(duì)促進(jìn)礦山可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。近年來，我國礦業(yè)及礦業(yè)城市遇到了生存與發(fā)展的困境，而礦山生態(tài)環(huán)境、資源枯竭等問題嚴(yán)重，礦山系統(tǒng)內(nèi)的功能受到局限，礦山的人力、物力、財(cái)力都有所影響。

若想解決這些問題，必須加強(qiáng)對(duì)數(shù)字礦山的重視。利用激光雷達(dá)數(shù)據(jù)濾波迅速提取礦區(qū)內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，建立起三維虛擬地面模型，并確定建筑物的合理區(qū)域，提取建筑物的頂面信息，以重建建筑物模型。建筑物的模型和地面的分層組合建模、匹配融合等，實(shí)現(xiàn)塌陷區(qū)的生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，對(duì)由于沉陷造成的土地侵蝕與裂縫進(jìn)行分析，調(diào)查沉陷區(qū)的建筑物破壞情況，以及檢測滑坡地質(zhì)災(zāi)害等。

2.4電力傳輸與管道布圖

在直升機(jī)平臺(tái)上工作的激光雷達(dá)系統(tǒng)，最適用于測量傳輸線路。由于直升機(jī)可以沿著電力線或者管道傳輸?shù)淖呃蕊w行，比固定翼飛機(jī)節(jié)約成本，并且直升機(jī)可以隨時(shí)根據(jù)需要調(diào)整高度和速度，以獲得更為精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。如果在激光雷達(dá)應(yīng)用平臺(tái)中同時(shí)使用錄像機(jī)、數(shù)字相機(jī)及其他傳感設(shè)備，既可實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)測量，也可同步進(jìn)行線路檢查及制圖工作。

2.5森林工業(yè)的應(yīng)用

機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)最早應(yīng)用的商業(yè)領(lǐng)域即森林工業(yè)，由于森林業(yè)發(fā)展與國土管理都需要森林及其樹冠下端地形的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)技術(shù)中很難獲得樹高及樹的密度的精確信息。機(jī)載激光雷達(dá)與衛(wèi)星成像不同，當(dāng)利用這種技術(shù)勘測樹冠下的地形時(shí)，還可同時(shí)獲得樹的高度。在對(duì)數(shù)據(jù)的后處理中，獨(dú)立的激光返回值可分為地面返回值與植被返回值兩部分，并以此計(jì)算出更多林業(yè)相關(guān)信息，如樹高、材質(zhì)、樹冠覆蓋以及生態(tài)環(huán)境等，這些都是傳統(tǒng)攝影測量或者地面測量無法獲得的信息內(nèi)容。

2.5規(guī)劃城市建設(shè)

自從進(jìn)入21世紀(jì)，數(shù)字電視已成為各地力爭構(gòu)建的信息化目標(biāo)。空間信息則成為數(shù)字城市的基礎(chǔ)平臺(tái)與框架，也是規(guī)劃城市建設(shè)的重要內(nèi)容。通過激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用，可以獲得高精度、高分辨率的數(shù)字正射影像與數(shù)字地面模型，為城市規(guī)劃與發(fā)展提供寶貴的空間信息資源，也是構(gòu)建數(shù)字城市的重要技術(shù)支持。

另外，若想構(gòu)建數(shù)字城市，還需要滿足可測量、真三維、高精度等要求，具有真實(shí)效果的城市三維模型是管理城市的虛擬平臺(tái)。如果應(yīng)用傳統(tǒng)技術(shù)，若想實(shí)現(xiàn)城市三維建模，工藝比較復(fù)雜，且工作量大、工作效率低，最終效果不理想，對(duì)數(shù)字城市的服務(wù)深度與寬度有所影響。如果利用激光雷達(dá)測繪技術(shù)，對(duì)地面建筑物進(jìn)行空中激光掃描或者地面多角度激光掃描，則可迅速獲得高精度、高密度的三維點(diǎn)坐標(biāo)，再加上軟件的后期處理，即實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的模型構(gòu)建與紋理映射，全方位構(gòu)建城市三維模型，對(duì)數(shù)字城市建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)持續(xù)性、歷史性提供保障。

由上可見，激光雷達(dá)測繪技術(shù)將成為未來工程測繪的發(fā)展方向，具備更多的優(yōu)勢。通過激光雷達(dá)測繪技術(shù)與其他測量技術(shù)的配合使用，將提高工程測繪的效率與質(zhì)量。但是目前我國在激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理方面技術(shù)尚不成熟，仍需進(jìn)一步深入研究。

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篇9

【關(guān)鍵詞】工程測繪；激光雷達(dá)；測繪技術(shù)；應(yīng)用

一.激光雷達(dá)測繪技術(shù)概述

在進(jìn)行測繪的過程中激光雷達(dá)測繪技術(shù)主要是通過電磁波的應(yīng)用對(duì)所要進(jìn)行測量的地點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集與分析。激光雷達(dá)測繪技術(shù)是將現(xiàn)代激光雷達(dá)技術(shù)與工程測繪相結(jié)合的一種新型工程測繪方法。

1、激光雷達(dá)測繪技術(shù)的特點(diǎn)。激光雷達(dá)測繪技術(shù)在進(jìn)行應(yīng)用的過程中具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：（1）測繪結(jié)果更加的準(zhǔn)確。激光雷達(dá)測繪技術(shù)是現(xiàn)代社會(huì)中最先進(jìn)的測繪技術(shù)之一，其在測繪的范圍以及測繪的精準(zhǔn)程度上都具有著一定的優(yōu)勢。尤其體現(xiàn)在測繪的精準(zhǔn)度方面，與傳統(tǒng)的測繪技術(shù)相比更是取得了質(zhì)的突破，使得測繪結(jié)果更加的準(zhǔn)確，對(duì)工程順利進(jìn)行起到了良好的保障作用。（2）測量內(nèi)容更加豐富。激光雷達(dá)測繪技術(shù)由于借助了電磁波的應(yīng)用，使得測繪功能進(jìn)行了進(jìn)一步的拓展，可以借助電磁波的穿透力，對(duì)目標(biāo)地點(diǎn)的空間，體積，質(zhì)量等多方面的要素進(jìn)行測繪，大大豐富了傳統(tǒng)建筑工程測繪的內(nèi)容，為工程的施工提供可更加全面的參考資料。（3）更加具有時(shí)效性。由于自然環(huán)境處在不斷變化的過程中，因此在進(jìn)行測繪的過程中，一些測繪地點(diǎn)其會(huì)隨著時(shí)間的推移而進(jìn)行一定的更改，這會(huì)對(duì)測繪結(jié)果產(chǎn)生影響，并可能對(duì)建筑工程的施工產(chǎn)生一定的阻礙。

2、激光雷達(dá)測繪技術(shù)應(yīng)用過程中應(yīng)注意的問題。激光雷達(dá)測繪技術(shù)在我國建筑行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)間相對(duì)較短，因此在使用的過程中有關(guān)工作人員應(yīng)對(duì)一些問題產(chǎn)生重視，避免使用過程中出現(xiàn)不必要的失誤。具體來說包括以下幾個(gè)方面：（1）注意對(duì)激光雷達(dá)測繪設(shè)備的維護(hù)。激光雷達(dá)測繪設(shè)備是應(yīng)用激光雷達(dá)測繪技術(shù)的基礎(chǔ)，因此在實(shí)際的工作中有關(guān)人員應(yīng)對(duì)激光雷達(dá)測繪設(shè)備產(chǎn)生一定的重視，制定出有效的設(shè)備維護(hù)方案，針對(duì)設(shè)備進(jìn)行周期性的維護(hù)與檢修。（2）強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用。激光雷達(dá)測繪技術(shù)是一項(xiàng)新技術(shù)，其在進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用的過程中工作人員不僅要熟練設(shè)備的操作，同時(shí)還要對(duì)技術(shù)的理論知識(shí)進(jìn)行了解，并且對(duì)技術(shù)應(yīng)用過程中的注意事項(xiàng)，應(yīng)用規(guī)范等進(jìn)行一定的掌握。因此有關(guān)工程施工單位應(yīng)對(duì)工程測繪人員進(jìn)行一定的培訓(xùn)工作，強(qiáng)化其對(duì)激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用，以保障測繪工作的順利進(jìn)行。

二、激光雷達(dá)測繪技術(shù)在工程測繪中的應(yīng)用

1、基礎(chǔ)信息收集。建筑工程測繪工作首先就是要對(duì)目標(biāo)測繪地點(diǎn)進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集，因此在工程測繪中進(jìn)行激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用，其首要的工作任務(wù)就是對(duì)基礎(chǔ)信息進(jìn)行收集，具體來說在基礎(chǔ)信息收集的過程中激光雷達(dá)測繪技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面的應(yīng)用：（1）形成數(shù)字影像。數(shù)字影像的形成是收集目標(biāo)測繪地點(diǎn)基礎(chǔ)信息的主要工作之一，激光雷達(dá)測繪技術(shù)在這一方面具有著突出的優(yōu)勢，其可以借助數(shù)字坐標(biāo)，通過三維影像的構(gòu)建完成數(shù)字?jǐn)z影工作，進(jìn)而形成數(shù)字影像，為基礎(chǔ)資料的收集與整合打好基礎(chǔ)。（2）形成測繪地圖的雛形。測繪地圖的形成并不是一蹴而就的，其是通過多次測繪，反復(fù)驗(yàn)證而來。借助激光雷達(dá)測繪技術(shù)進(jìn)行基本數(shù)據(jù)的收集，主要是為了形成測繪地圖的雛形，通過對(duì)數(shù)字影像的分析與整合，對(duì)測繪地圖進(jìn)行基礎(chǔ)性的繪制，輸入基本的測繪信息。（3）對(duì)工作效率進(jìn)行一定的提升。激光雷達(dá)測繪技術(shù)其在速度與精確度上有著突出的表現(xiàn)，因此在進(jìn)行基礎(chǔ)信息收集的過程中，其可以有效的對(duì)傳統(tǒng)測繪技術(shù)中的一些不足進(jìn)行完善，使得基礎(chǔ)測繪工作的完成更加的高效快捷。

2、精密信息測量。除了一些基礎(chǔ)信息的收集與整合外，在進(jìn)行建筑工程測繪工作的過程中，有時(shí)還要進(jìn)行一些高精密的測量工作，這些測量工作單靠傳統(tǒng)的測量技術(shù)很難有效的完成，因此需要激光雷達(dá)測繪技術(shù)給予一定的支持，具體來說在進(jìn)行精密信息測量的過程中激光測繪雷達(dá)技術(shù)主要應(yīng)用在了以下幾個(gè)方面：（1）對(duì)施工地點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃。在進(jìn)行工程測繪的過程中，一些工程在具體的規(guī)劃方面仍有一定的不足，又由于受到環(huán)境的限制，使得工程的具體設(shè)計(jì)以及工程實(shí)際范圍難以進(jìn)行劃分。而激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用可以對(duì)這些問題進(jìn)行一定的解決，激光雷達(dá)技術(shù)并不是單純的測繪技術(shù)，其可以進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)分析，模型構(gòu)造，因此在進(jìn)行測繪的過程中通過精密信息的收集，激光雷達(dá)測繪技術(shù)會(huì)自動(dòng)生成三維立體模型，并提供工程的具體規(guī)劃方案，這對(duì)于工程的設(shè)計(jì)以及范圍的劃分起到了一定的參考作用。（2）進(jìn)行景觀的保護(hù)。建筑工程施工地區(qū)可能存在著一些具有代表性的景觀或者植被等，在進(jìn)行施工的過程中如不進(jìn)行有效的規(guī)劃就很可能對(duì)施工地區(qū)的景觀造成一定的破壞。激光雷達(dá)測繪技術(shù)在應(yīng)用的過程中，對(duì)于建筑施工地點(diǎn)內(nèi)部的景觀進(jìn)行了全面的分析，對(duì)于一些需要進(jìn)行保護(hù)的景觀給予了劃分并制定出了一定的保護(hù)策略，這對(duì)于完善全局規(guī)劃，保護(hù)工程景觀有著一定的幫助作用。

3、進(jìn)行數(shù)字高程建模。數(shù)字高程建模是近幾年來建筑工程施工過程中經(jīng)常使用的一種建模方式，其可以使建筑工程的施工更加的科學(xué)化，合理化。通過數(shù)字高程建模建筑工程施工單位可以對(duì)具體施工過程中的各項(xiàng)施工因素進(jìn)行分析與明確，例如施工過程中土方量的統(tǒng)計(jì)，地形通視情況的掌握等。將激光雷達(dá)測繪技術(shù)應(yīng)用到建筑工程測繪工作中，其可以借助激光點(diǎn)的應(yīng)用迅速的對(duì)建筑工程區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，并快速建立其三維坐標(biāo)，通過數(shù)據(jù)的分析與整合，構(gòu)建出符合建筑工程施工需要的數(shù)字高程模型。這在一定程度上縮短了高程建模的速度，同時(shí)還可以最大限度的保障數(shù)字高程建模的準(zhǔn)確性。

4、模擬城市建設(shè)。建筑工程的施工是城市建設(shè)的一部分，為了使城市中建筑工程的施工更加的合理化，科學(xué)化，有關(guān)部門將激光雷達(dá)測繪技術(shù)進(jìn)行了一定的推廣，將其應(yīng)用到了城市建設(shè)規(guī)劃工作當(dāng)中。通過激光雷達(dá)測繪技術(shù)的應(yīng)用，有關(guān)部門可以對(duì)整個(gè)城市或是城市中想要進(jìn)行規(guī)劃的區(qū)域進(jìn)行有效的測繪，并在數(shù)據(jù)收集全面后進(jìn)行數(shù)字城市的建設(shè)，以此來對(duì)未來城市的發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行模擬，為政府提供更加合理的城市建設(shè)方案。同時(shí)也為城市中建筑工程的展開提供了更大的保障，使其可以更加順暢的投入建設(shè)當(dāng)中。

結(jié)束語

將激光雷達(dá)技術(shù)與現(xiàn)代工程測繪相結(jié)合，是對(duì)現(xiàn)代工程測繪技術(shù)的一次有益發(fā)展，其對(duì)于提高建筑工程測繪的精確度，促進(jìn)建筑工程順利進(jìn)行等都有著一定的積極作用。在對(duì)建筑工程激光雷達(dá)測繪技術(shù)研究的過程中，激光雷達(dá)測繪技術(shù)在我國建筑行業(yè)正處于推廣階段，其與傳統(tǒng)的建筑工程測繪技術(shù)相比在很多方面都具有著一定的優(yōu)勢，更加適合現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展的需要。

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篇10

關(guān)鍵詞：機(jī)載激光雷達(dá)；DEM；管道工程設(shè)計(jì)

0 前言

當(dāng)前，油氣資源在國民經(jīng)濟(jì)中扮演了越來越重要的角色。在油氣管道建設(shè)工程中，設(shè)計(jì)工作作為工程的最初環(huán)節(jié)，決定了油氣管道的工程走向、工程造價(jià)、運(yùn)營維護(hù)及環(huán)境影響等諸多方面。為設(shè)計(jì)工作提供良好的基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)，包括DOM、DEM和DLG，是道設(shè)計(jì)人員在選線、設(shè)計(jì)施工方案、計(jì)算征地拆遷量等必不可少的依據(jù)。

機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)，即LiDAR，是一種綜合利用激光、全球定位系統(tǒng)（GPS）、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（IMU）的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。利用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)結(jié)合航空攝影測量技術(shù)，能夠以相對(duì)較低成本為管道設(shè)計(jì)選線提供高精度的參考數(shù)據(jù)。

筆者參與了某國家級(jí)長輸天然氣管道的設(shè)計(jì)工程的設(shè)計(jì)選線數(shù)據(jù)采集工作，針對(duì)該項(xiàng)目需求進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)工作，利用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)與航空攝影測量技術(shù)，獲取了大量高質(zhì)量原始數(shù)據(jù)，并利用TerraSolid等軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得了DOM、DEM等數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)選線工作提供了高質(zhì)量的空間地理信息數(shù)據(jù)，取得了令人滿意的實(shí)驗(yàn)成果。

1 激光雷達(dá)測量系統(tǒng)技術(shù)原理

1.1 激光雷達(dá)測量原理

激光雷達(dá)使用的是由激光器發(fā)射激光以光速傳播，當(dāng)激光發(fā)射到被測量物體的表面時(shí)，一部分反射激光被接收器所接收，計(jì)算出激光器發(fā)射點(diǎn)到反射物體的距離，再結(jié)合激光雷達(dá)系統(tǒng)瞬時(shí)位置與姿態(tài)，即可得到測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

1.2 激光雷達(dá)的系統(tǒng)構(gòu)成

常見機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)通常由激光發(fā)射器，光學(xué)系統(tǒng)，接收器，GPS/DGPS，IMU（慣性測量單元），飛行計(jì)劃和管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)等部分組成。

1.3 機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)

機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)通常包括激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)、回波強(qiáng)度圖像數(shù)據(jù)。另外，為了便于對(duì)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和應(yīng)用，目前大多數(shù)的機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)中都集成有高分辨率航空數(shù)碼相機(jī)，因此，航空數(shù)碼影像數(shù)據(jù)亦可看作是機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)集的一部分。

2 機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取及預(yù)處理

2.1 飛行區(qū)域的確定

機(jī)載激光雷達(dá)測量工作與傳統(tǒng)航空攝影測量類似，需要進(jìn)行大量前期設(shè)計(jì)規(guī)劃工作。在前期工作中，設(shè)計(jì)人員已根據(jù)衛(wèi)星影像、歷史數(shù)據(jù)及實(shí)地初步核實(shí)結(jié)果，確定了管道中線初步方案，以中線方案作為激光雷達(dá)航空攝影測量區(qū)域中線，以中線兩側(cè)各1km范圍為飛行區(qū)域。

2.2 數(shù)據(jù)獲取

本實(shí)驗(yàn)中采用有人飛行平臺(tái)，搭載Leica ALS70機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)，搭配Leica ADS80航空數(shù)碼相機(jī)，采用Leica Mission Pro進(jìn)行飛行計(jì)劃的編排評(píng)估，采用Leica Flight Pro進(jìn)行飛行控制，并根據(jù)飛行計(jì)劃向國家有關(guān)部門進(jìn)行了空域申請(qǐng)的工作。整個(gè)數(shù)據(jù)獲取工作歷時(shí)2個(gè)月，獲取了整個(gè)測區(qū)原始激光波形數(shù)據(jù)、航片數(shù)據(jù)、GPS觀測數(shù)據(jù)和IMU姿態(tài)數(shù)據(jù)，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作，是后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作的基礎(chǔ)。預(yù)處理的目的是將機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)獲取的原始波形數(shù)據(jù)，通過檢校場檢校數(shù)據(jù)、結(jié)合GPS觀測數(shù)據(jù)和IMU瞬時(shí)姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合解算，獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并以交換格式進(jìn)行存儲(chǔ)的過程。

在本實(shí)驗(yàn)中，還存在航空數(shù)碼相機(jī)獲取的航片數(shù)據(jù)，同樣需要進(jìn)行預(yù)處理。航空數(shù)碼相機(jī)與激光雷達(dá)系統(tǒng)使用同源的檢校數(shù)據(jù)、GSP觀測數(shù)據(jù)和IMU瞬時(shí)姿態(tài)數(shù)據(jù)，采用相機(jī)自帶軟件系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)解算。

3 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

本實(shí)驗(yàn)中，采用芬蘭TerraoSolid公司出品的TerraSolid作為激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分割

激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)是以Las文件為存儲(chǔ)和處理單元。由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)量非常大，而當(dāng)前點(diǎn)云處理軟件往往在容量上有限制，因此在處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)前，必須先對(duì)整個(gè)區(qū)域的激光點(diǎn)云進(jìn)行分塊處理。以本實(shí)驗(yàn)為例，處理硬件為2GB大小內(nèi)存，能夠同時(shí)處理500萬點(diǎn)，在實(shí)際操作中，我們將分塊大小設(shè)置為每1平方公里一個(gè)塊。在本實(shí)驗(yàn)中，使用的TerraPhoto與TerraScan模塊進(jìn)行的自動(dòng)分塊。

3.2 點(diǎn)云分類前預(yù)處理

分塊后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在進(jìn)行分類處理前，需要利用TerraScan模塊進(jìn)行一系列預(yù)處理，將精度較低的點(diǎn)數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)集中剔除，提高數(shù)據(jù)整體精度。

（1）建立航跡線與點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。利用TerraScan中自帶的宏命令，將航跡線和點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)。

（2）建立自定義分類代碼。TerraSolid系統(tǒng)內(nèi)置了一系列常用分類代碼。根據(jù)具體應(yīng)用也可對(duì)分類代碼進(jìn)行增刪和修改。本實(shí)驗(yàn)根據(jù)需求，重新定義了點(diǎn)云分類代碼，如下表1：

（3）剔除低精度數(shù)據(jù)。在點(diǎn)云模型中，存在每條航帶中偏離航跡線較遠(yuǎn)的點(diǎn)，由于這部分點(diǎn)變形較大，精度不高，所以需要在預(yù)處理中進(jìn)行剔除。

3.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)分類

激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分類又稱為濾波，是點(diǎn)云模型處理中最核心的操作，其目的是將看似散亂無章的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型，通過數(shù)學(xué)算法和人工判讀，按照規(guī)則進(jìn)行分離，從而識(shí)別地面、建筑、植被、水面等不同地物對(duì)象。

針對(duì)點(diǎn)云模型的自動(dòng)濾波分類，已有較多的成熟算法，但在實(shí)際應(yīng)用中，自動(dòng)濾波還存在一定問題，需要輔以人工分類。

3.2.1 自動(dòng)濾波

在TerraScan中內(nèi)置了一系列算法，主要基于成熟度最高的形態(tài)學(xué)和坡度的濾波方法，能夠完成50%以上的工作，其主要步驟如下圖1。

（1）識(shí)別并剔除異常離散點(diǎn)。這些異常離散點(diǎn)是明顯脫離整個(gè)模型的點(diǎn)數(shù)據(jù)，一般是數(shù)據(jù)獲取和預(yù)處理時(shí)，由于軟硬件系統(tǒng)及周圍環(huán)境造成的異常數(shù)據(jù)，

（2）識(shí)別地面點(diǎn)。剔除異常離散點(diǎn)后，局部最低點(diǎn)可認(rèn)為是點(diǎn)云模型中的地面點(diǎn)和建筑表面點(diǎn)。

（3）識(shí)別植被點(diǎn)。該步驟是將植被點(diǎn)從Default層點(diǎn)云中分類出來，并可根據(jù)需要將植被點(diǎn)進(jìn)一步分類為高、中、低三種類型的植被點(diǎn)。

（4）識(shí)別建筑點(diǎn)。完成以上步驟后，建筑點(diǎn)被分類在高植被層中，可通過軟件內(nèi)置方法將建筑點(diǎn)從植被中分類出來。

經(jīng)過上述自動(dòng)濾波步驟，點(diǎn)云模型已經(jīng)被初步分類為異常離散點(diǎn)、地面點(diǎn)、高中低植被和建筑等層。由于自動(dòng)濾波結(jié)果受點(diǎn)云模型和環(huán)境影響較大，不能作為最終成果，因此還需要進(jìn)行人工分類。

3.2.2 人工分類

（1）制作快速正射影像。在人工分類之前，必須先生產(chǎn)快速正射影像，作為人工分類參考底圖。快速正射影像的生成主要包括以下幾個(gè)步驟：1）模型關(guān)鍵點(diǎn)（Model Key Points）的生成。生成關(guān)鍵點(diǎn)后，再將模型關(guān)鍵點(diǎn)合并回地面點(diǎn)，以免影響后續(xù)操作； 2）快速正射影像生成。該步驟主要使用TerraTscan和TPhoto模塊進(jìn)行自動(dòng)進(jìn)行快速正射影像的生產(chǎn)。

（2）快速正射影像生成后，即可進(jìn)行人工分類。在人工分類操作時(shí)按照以下步驟進(jìn)行：1）識(shí)別點(diǎn)云自動(dòng)分類造成的錯(cuò)誤，如在DEM Surface中的空洞區(qū)域和明顯錯(cuò)誤區(qū)域，疊加圖中識(shí)別點(diǎn)云與影像明顯不符的區(qū)域，作為人工修改區(qū)域； 2）選中人工修改區(qū)域，在剖面圖中根據(jù)影像或點(diǎn)云模型特征選中分類錯(cuò)誤的點(diǎn)，將點(diǎn)重新分類為正確的類； 3）對(duì)比影像和surface，反復(fù)修改每塊Block地面點(diǎn)生成的surface，直至沒有明顯的錯(cuò)誤問題為止。所有Block中的點(diǎn)云修訂完成后，即可進(jìn)行DEM出圖。

3.4 DEM生產(chǎn)

點(diǎn)云分類完成后，可利用TerraScan的導(dǎo)出功能進(jìn)行DEM生產(chǎn)。在導(dǎo)出窗口中設(shè)置DEM間隔、坐標(biāo)系統(tǒng)和導(dǎo)出文件格式后，可按照點(diǎn)云分塊導(dǎo)出DEM，也可利用軟件宏批量導(dǎo)出DEM。至此，基于激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的DEM生產(chǎn)完成。

3.5 DOM、DLG數(shù)據(jù)的生產(chǎn)

基于激光點(diǎn)云的高精度的DEM生產(chǎn)完成后，可采用傳統(tǒng)正射影像生產(chǎn)流程進(jìn)行DOM生產(chǎn)，并用DOM作為底圖進(jìn)行DLG的提取。

4 結(jié)論

機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)作為一種較新的航空遙感技術(shù)，已經(jīng)在長輸油氣管道工程中得到了一定的應(yīng)用。雖然在應(yīng)用中還存在一定的缺陷，但是隨著數(shù)據(jù)處理算法的逐步發(fā)展，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)必將在管道工程領(lǐng)域得到更廣泛的因公。

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