雷達技術范文

導語：如何才能寫好一篇雷達技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：MIMO；雷達；空間分集；成像

MIMO作為一種新興體制的雷達，在跟蹤、目標定位、參數估計和目標檢測等方面具有比傳統雷達更高的優勢，所以其已經逐漸成為雷達技術領域的研究熱點。下面就MIMO雷達技術及其應用方面的內容進行了探究，以期更好地指導后續相關方面的研究和應用的開展。

1 MIMO雷達概述

1.1 MIMO雷達的含義

MIMO雷達又被稱為多輸入多輸出系統，其最初主要只是作為控制系統中的一個概念被提出，而在雷達領域中則指代相應的雷達系統具有多個輸出和輸入。如果將相應的通信傳輸通道比作一個完整的系統，則相應的系統通信信道的輸入信號和輸出信號則就相應的指射信號和接收信號。另外，MIMO雷達在探測目標的時候可以借助多個正交信號，并且所有的發射信號均可以由接收端的各個陣元來進行接收，同時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目和雷達的整體性能。

1.2 MIMO雷達的工作原理

MIMO雷達可以在多陣元天線結構的基礎上實現正交信號的同時發射，并且可以做到M發N收，即MIMO雷達可以借助N個接收陣元來接收相應的多個波形信號。鑒于不同信號之間的正交特性，所以即便是多個發射信號也不會出現相互干擾的問題，可以始終保持獨立性，同時這樣也可以使相應的發射和接收物理空間保持MN個通道，且每個特定的通道均與一個發射陣元及其對應的接收路徑和收發陣元的位置和所接受。另外，接收端的各個接收陣元會配有M個發射波形來匹配對應的M個濾波器，接著通過分選正交性就可以獲得相應的MN通道回波數據。

另外，每個發射陣元的發射信號均會被相應的接收陣元所接受，而每個接收陣元又會接收相應發射陣元所發出的各種信號。從而可以實現接發信號的目的。MIMO雷達所發射相應的正交信號無法在空間中形成特定的波束，從而導致發射波束主瓣的增益變為原來的M倍，而每個子陣發射功率則會變為原來的1/M，進而會大大提高雷達抗信號截獲性能。

2 MIMO雷達技術分析

2.1 空間分集技術

實踐研究表明，在MIMO雷達技術中引入空間分集技術可以借助目標閃爍來提高雷達的整體性能，并且該種形式的雷達可以劃分到分布式MIMO雷達范疇。而就空間分集技術的必要條件而言，其主要包括以下幾個方面。圖1為雷達雙基地工作場景，其借助散射中心模型來作為其目標，且包含Q個散射中心。與傳統雷達技術相比，MIMO雷達技術可以引入大量的物理陣元數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系統的整體性能，這是當前雷達系統性能改善中值得深入研究的一種技術途徑。圖1中假設目標散射的中心線主要呈現均勻性，且該目標中心與雷達發射和接收陣之間的間隔距離分別為Rt和ARr，且發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，然后根據相應的陣元目標線陣即可確定相應的空間接收分集需要滿足的條件為：dr≥λRr/D。

實踐研究表明，在MIMO雷達中應用空間分集技術可以相互統計多個獨立的通道，這樣也可以降低雷達信號衰落的概率，進而還可以借助平均處理方式來抑制目標的角閃爍，進而達到提高雷達偵測目標的檢測性能。另外，在MIMO雷達中應用空間分集技術有利于提高MIMO雷達的抗摧毀、抗反輻射導彈以及反隱身等能力。

2.2 虛擬陣元技術

在MIMO雷達技術中引入緊湊陣列的密集式技術，是雷達技術的一個重要發展方向。密集式MIMO雷達技術沒有充分利用空間分集，但是在虛擬陣元技術的應用中有許多潛在的應用特點。由于MIMO雷達系統的M發N收方式主要包括MN個觀測通道，且相應的觀測通道中的傳輸路徑主要由發射陣元和接收陣元所組成，而各個通道的延遲時間以及發射波形的MN個觀測通道匹配濾波時間的延矢量也可以也可以通過相應的公式來進行計算。

另外，虛擬陣元技術在MIMO雷達中的應用也大大提高了雷達的整體性能，具體主要表現在以下幾個方面：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，進而達到提高陣列的空間分辨率的目的；為了產生更低的旁瓣，虛擬陣元還可以重疊相應的物力陣元，并以加權的形式來加以實現；如果物力陣元陣列的間隔大于半波長度，則需要內插到相應的物理接收陣列中，從而可以無模糊地來進行角度測量；可以增加目標的最大可辨識數目和物理接收陣列的自由度。由此可見，在MIMO雷達系統中應用虛擬陣元技術有利于改善和提高雷達的性能。

3 MIMO雷達的具體應用

3.1 MIMO陣列對空成像雷達

實孔徑雷達和逆合成孔徑雷達（ISAR）是當前應用對空成像技術的兩種雷達類型。其中實孔經技術則是借助單發多收的方式來實現陣列成像，該技術不需要對目標進行運動補償，且具有實時成像的優點，但是同時也有實際的陣列規模比較大，且造價比較高等缺點；而逆合成孔徑雷達（ISAR）成像過程需要一定的時間來積累，且實時性比較差，所以為了彌補目標的運動缺失，需要確定非合作高速機動目標的運動性狀態。而MIMO陣列在上述兩種雷達重點額應用則可以有效地解決上述的問題，提高教學的質量。虛擬陣元技術在MIMO雷達中的應用，有利于擴展實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大陣列孔徑等特點，以提高分辨對空成像的特點。鑒于MIMO雷達的并行多通道空間采樣能力，有利于充分發揮對空成像在MIMO陣列中的實時性優勢。

另外，MIMO雷達技術本身是一種實時陣列有效性很強的合成技術，所以為了更好地運用對空成像技術，可以將實孔經雷達與MIMO雷達技術進行有效地結合以形成MIMO陣列成像雷達，并且這種新形式的成像技術有利于避免傳統逆合成孔徑雷達中所存在的運動補償困難等問題，并且也可以有效地解決實孔經雷達成像中存在的分辨能力低的問題，所以具有較高的學術價值。

3.2 MIMO-SAR

MIMO-SAR實際上就是將MIMO雷達技術和SAR系統進行結合的一種復合雷達形式，其可以有效地解決傳統SAR中脈沖重復頻率在滿足大測繪和方位向高分辨率之間的矛盾。在對地觀測中，為了確保方位觀測的高分辨性，需要盡量擴大SAR系統觀測帶的寬度，但是實際上這兩個方面是對立的，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。而MIMO技術在SAR系統中的應用也可以以比較低的PRF來達到避免方位向多普勒模糊問題的出現。由于MIMO雷達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據，而如果這些數據通道的方位向存在不重疊分布問題，則可以使脈沖重復頻率降低到原有SAR系統的1/MN，進而達到提高MIMOSAR整體性能的目的。

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關鍵詞：地質雷達技術；隧道地質；應用

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： P412.25 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2013）

前言

隧道超前預測現在越來越受到修建隧道工程實施的關注，其重要原因是隧道修建過程中安全問題越來越受到關注。但隧道地質超前最重要的應用技術是地質雷達技術。地質雷達技術對隧道超前預測非常重要。故我們此篇文章重要討論其應用。

超前地質預報工作的目的及任務

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，使隧道能安全經濟并且快速的修建成功。

1.2任務

1.2.1對沒有修建的地段進行圍巖地質條件的探測

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

1.2.2預報有可能會發生的災難性突發狀況

例如在地下儲藏有害氣體的大量溢出。由于巖土的不穩定導致的塌方。地下儲藏有地下水。這些都會對隧道施工造成嚴重后果。要通過雷達技術分析判斷，避免事故發生。

2.地質雷達進行超前預報的基本理論

地質雷達技術在隧道超前預測中至關重要，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中傳播，由發射天線發出一束電磁波脈沖。電磁波在地下傳播，由于波有反射性質，當傳播的電磁波遇到物質時，即就是介質，會在物質與物質的分界面發生電磁波反射。反射的波會被接收天線所接收，由接收天線處理。

3.地質雷達的探測方法和步驟

3.1準備工作

由于地質雷達技術的原理是電磁波反射原理，所以所有能干擾電磁波的物件，都會對探測造成一定影響。我們在應用電磁波的時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

測線的布置應該是越密越精確，但是有些時候由于地質條件有些點測不出。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點一個點的探測，點數一般為5到12個。兩點間的距離一般為0.5到1米。

3.3數據采集及處理

為了使數據更加精確，明確介質條件，都要對原始的雷達波進行一系列處理。對平均道的抽取。對時間要靜校正、增益。壓制干擾波，突出有效波。

3.4數據分析與解釋

地質超前預測是應用雷達技術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”就得根據雷達探測的數據資料來分析隧道可能發生的事故。數據資料在雷達技術上用圖像顯示出來。所以我們根據雷達顯示的圖像異常的形態，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以及地質特征。若是存在特殊異常體，則電磁波反射信號強。若是巖體質量差則反映在雷達上電磁波衰弱，這是根據巖石對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?？梢愿鶕@些異常做出有用的地質解釋。

4.地質雷達在隧道超前預報中的應用

4.1對不利于施工的地質體的探測

溶洞帶，含水帶，富有裂隙帶，斷層以及破裂帶，巖土疏松帶。這些地質巖體帶不利于施工，更不利于隧道的修建，我們要利用地質雷達技術，結合掌子面的附近地質水文，地質工程情況將這些不利于施工的地質帶的位置基本上確定。確定這些不良地質帶后，根據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生意外。

4.2探測未知巖溶

喀斯特是巖溶的另一個地貌名稱,指的是一些可溶性巖石收到水中化學物質的溶蝕，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，含有化學成分的可流通的水等。下滲的地表水以及流動的地下水，對溶巖非常重要。巖溶與圍巖性質差異很大，所以其地質雷達圖像很容易判斷其異常。在溶洞內大量充填圍巖碎塊，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差異很大。由于介質的多樣性，以及物質的差異性，而在溶巖中形成電性界面。我們只要探測出這個電性界面就探測出了巖溶的位置。同樣，由于介質的多樣性，電磁波的反射波圖像隨著溶巖溶洞的具體情況而發生相應的變化一般情況是在橫向上變化。

若存在強反射包圍弱反射，則說明可能是溶洞存在的雷達圖像。強反射是溶洞側壁反射的，并且常常有弧形的繞射現象。溶洞內的物質為填充物，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。

4.3富水帶探測

含有大量水的巖體區域，如果沒有被預測出來，在隧道施工過程中將會釋放出大量的水，這將影響隧道的施工進程和施工安全。

如果巖體中含有水，則會影響巖體巖石介質的介電常數，從而影響反射波的波形，傳播時間等。具體是，巖石中含水時，巖石的介電常數增大，在介質中具體表現為電磁波的傳播速率降低，時間變長，在反射波形圖像中則可能出現的是異常的正峰。另一方面，還產生強反射和繞射現象。還會由于出現散射現象而使波形紊亂。不僅如此，頻率也發生變化，由高頻迅速的變為低頻。

4.4探測斷層破碎帶

斷層破碎帶由于存在裂隙，這是由外來物質充填到裂隙中，外來物質和原巖性質差異大，所以介質常數差異也大。同時在裂隙中也可能有大量的水充填，這也影響介質常數，裂隙中地下水的存在，使得斷層附近以及破碎帶附近穩定性差。破碎帶空隙多，所以含水多。電磁波在穿過破碎帶時，由于破碎帶的膠結情況不同巖石性質不同，而使得波形比較亂。具體表現在地質雷達的圖像中則表現為：頻率變化，偶爾出現斷面波，地層發育有反射波，錯短的同相軸，振幅能量明顯增強，有時有繞射波。破碎帶兩側的物質差異構造差異，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電磁波的電磁能能量增強同時波幅增大。

4.5裂隙密集帶的探測

斷裂的兩巖體，它們沒有發生明顯的錯動，即就是節理，也稱之為裂隙。裂隙的發育對巖體的穩定性有很大的影響。對巖體的強度也有很重要的作用。由于裂隙中可充填不同物質，導致介質常數不同，與周圍圍巖形成電性差異。當電磁波傳播到裂隙時，會產生較強的界面反射波。由于裂隙內充填的物質具有不均一性，直接表現在雷達圖像中就是，會有散射、繞射、波形雜亂等特征，波幅變化大。同相軸連續，反映了裂面的平直。

小結

雖然地質雷達技術是目前一種既方便又快捷而且還精確的探測技術，但是地質雷達所得到的資料有時候具有多解性，我們在對探測地區進行分析的時候，最好將地質雷達探測資料與掌子面的地質情況性質相結合，得到更加全面更加有效更加精確的結果。

參考文獻：

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【摘要】激光雷達是當前應用廣泛的一種現代光學遙感設備，是傳統雷達技術和現代激光技術結合后的產物，在大氣環境監測中有重要的作用。本文以激光雷達的特點為基礎，對如何將其應用到大氣環境監測中進行分析。

【關鍵詞】大氣環境監測；激光雷達技術；應用要點

激光雷達是集激光技術、光學技術和微弱信號解析技術于一體的一種現代化遙感手段，激光雷達由于探測的波長縮短，波束定向性增強，因此本身具有比較高的分辨率和靈敏度，能準確探測盲區。激光雷達技術形式能實現對大氣環境、海洋和陸地等探測，在各個領域中有重要的作用。

1激光雷達的特點、分類和發展

大氣環境中污染物成分的監測，需要對氣象因素進行掌握，探測大氣成分。激光雷達能探測氣溶膠、云粒子的具體分布，同時能進行大氣成分、污染環境氣體的探測等，對主要污染源、城市上空污染物的擴散等進行有效管理。

1.1激光雷達特點

激光雷達對技術性有嚴格的要求，涉及到激光光源、激光發射和接收光學以及機械系統等，必須合理應用脈沖技術，實現連續工作。激光雷達采用脈沖或者連續波兩種工作形式，探測方式也分為直接探測和外部探測等，通過發射一定頻率的激光脈沖，能將短激光脈沖發射到大氣層，沿著軌跡可以發現，光逐漸被小粒子散射開。反向散射到激光雷達系統中，被監測器接受，接受信號后，對數據處理，得到最終結果。由于光的等速性、時間和散射器等和距離有關，沿著空間信息被檢測后，接受空氣中的粒子和分子后，能實現信號的移動，其本身具有比較高的分辨能力和抗干擾能力。

1.2激光雷達分類

隨著科學技術的不斷發展，激光雷達的類型有很多。在大氣污染和環境監測過程中，地基固定式和車載激光雷達的呈現出網格化的趨勢，機載激光雷達在發達國家應用效果比較明顯，很多空間激光雷達執行范圍擴大。測量對象以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，激光器發展則以半導形式為主，激光器的發展趨勢是采用半導體激光器泵浦的全固化激光器。

1.3激光雷達技術的發展

近幾年我國激光雷達技術取得突出的進步，我國中科院大氣物理所研制出第一臺激光雷達，同時附帶能見度比較高的YAG雷達。中科院武漢物理與數學研究的激光雷達，鈉層熒光激光雷達和拉曼散射激光雷達應用優勢比較明顯。中科院安徽光機所的激光雷達技術研究取得了突出的成就，已先后研制成功我國第一臺測污激光雷達即監測乙烯的JC-1激光雷達、平流層氣溶膠探測L625激光雷達、可移動雙波長對流層和近地層氣溶膠探測L300激光雷達、我國第一臺平流層臭氧探測UV-DIAL差分激光雷達，能實現大氣環境屬性的監測[1]。

2大氣環境監測中激光雷達技術的具體應用

當前我國激光雷達技術在具體檢測中起到重要的作用，在具體應用過程中建立了雷達觀測站，激光雷達在國內發展趨勢比較明顯，如何將其應用到大氣環境監測中成為重點。以下將對大氣環境監測中激光雷達技術的具體應用進行分析。

2.1氣溶膠和邊界層的探測

在諸多大氣環境影響因素中，氣候是主導因素，云和氣溶膠是兩個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大氣系統產生影響。云層對大氣輻射平衡影響較大，對于系統本身而言，云不僅僅是指示器，同時也是調節器，云在氣候變化中起到重要的作用，根據邊界層的參數設定要求可知，如果準確確定高度和準確度是張洪點，在實施過程中要了解傳輸模式和污染物的系數。在各項指標確定的過程中，利用激光雷達能實現對云和氣溶膠的處理，在實踐過程采用Mie散射，包括共振熒光、偏振等，為了實現不同區域的探測，要對消光系數、后向散射系數等進行處理，了解結構特征，并對各類特征進行分析[2]。

2.2溫度的探測

溫度是一個重要的氣象參量，大氣溫度對海洋、大氣物理和天氣預報等起到重要的作用，根據現有溫度檢測形式可知，充分利用高分辨率的激光雷達，能得到準確的數據。拉曼激光雷達也可以應用到溫度探測中，該方案分為振動和轉動兩種，可以充分利用N2和O2分子，以轉動譜線強度和溫度關系測量為基礎，可以采用雙波長轉動拉曼散射原理實現大氣溫度的探查[3]。

2.3能見度的監測

能見度的好壞直接反應區域大氣環境的質量，同時和人們的日常生活存在一定的聯系，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，因此探究大氣環境質量，了解能見度是關鍵。在能見度監測過程中采用激光雷達技術，能直接探測激光和雷達的相互關系，根據大氣能見度的具體要求可知，為了準確反應大氣對傳輸的衰減作用，需要將其作為重要手段，按照能見度和傾斜程度進行評價。水平能見度在大氣環境均勻的條件下可見度比較高，根據現有原理和消光系數要求可知，克服其他不良因素的影響，能滿足具體要求[4]。

2.的探測

風速是氣候學研究的重點所在，也是大氣環境中污染物輸送的重要參數，大氣中風速的測量對全球氣候有一定的積極影響，提升數值天氣預報的精度是重點所在。在局部區域檢查過程中，要了解技術要點和重點，實現直接檢測。地基相干系統逐漸成熟，其整體上對發射激光有嚴格的要求，考慮到發射、接收光學系統等變化，要做好邊界層的風速測量工作，非相干檢測技術受到廣泛的重視，根據邊緣檢測系統的具體要求可知，做好大風場的測量是關鍵。利用單邊緣檢測技術測量風速時，要了解氣溶膠和分子散射點，兼顧到大氣風速測量類型，為了提升風速實現靈敏度檢測，必須合理應用檢測技術[5]。

2.5大氣成分的檢測

大氣成分的檢測對制定環境保護方針有重要的作用，以差分吸收激光雷達系統為例，該系統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，直接進行預設。該系統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測量原理作為基礎，要做好物質吸收線測量工作，另外波長調到線上，以高重復頻率將這兩種波長的光交替發射至大氣中。此時由于激光雷達所測量到的這兩種波長光信號衰減差是待測對象的吸收所致，因此通過數據分析，便可得到待測對象的濃度分布，從而達到測量目的。

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，對天氣和氣候等有重要的影響，同時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輻射收支的一個重要因素。水汽的重要因素和具體分布會產生一定的影響，利用Ranan光譜技術探測大氣中水汽垂直分布情況，激光雷達探測水汽能力逐漸提升，在具體監測中起到重要的作用，根據空間和時間分辨率要求，嚴格按照測量精準度實施，根據結構和時間變化對技術進行處理。激光雷達在探測水汽的高度、空間和時間分辨率、測量精度上都得到了迅速發展，顯示了它在捕獲水汽的空間結構和隨時間變化特征等方面具有優越的能力。

3結束語

近些年來我國激光雷達技術取得了突出的成就，朝著精細化和定量化的方向發展，為了保證技術應用的合理性，要突出技術的應用優勢，嚴格按照檢測要求落實，進而促進該技術在大氣環境監測工作中的合理化應用。

參考文獻

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[2]伍德俠，宮正宇，潘本鋒，王界，萬學平.顆粒物激光雷達在大氣復合污染立體監測中的應用[J].中國環境監測，2015，31（05）：156~162.

[3]尹青，何金海，張華.激光雷達在氣象和大氣環境監測中的應用[J].氣象與環境學報，2009，25（05）：48~56.

[4]楊義彬.激光雷達技術的發展及其在大氣環境監測中的應用[J].成都信息工程學院學報，2005（06）：725~727.

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1 引言：

隧道工程修建在山體中，因施工不善或受外界環境的影響，往往會出現各種病害，可能會出現襯砌表面開裂、襯砌背后空洞等病害，通常這些病害會影響隧道的正常使用，甚至于造財產損失和成人員傷亡。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行檢測[1]。本文結合具體應用實例介紹了地質雷達技術在隧道隱蔽工程中無損檢測中的應用。

2 原理介紹

地質雷達（Ground Penetrating Radar, 簡 稱GPR） 作為一種無損檢測技術 (Non- DestructiveDetection)，自上世紀 70 年代開始應用至今已有 30多年的歷史，在工程各個領域都有重要的應用，主要解決場地勘查、線路選擇、工程質量檢測、病害診斷、地質超前預報和地質構造等問題。

地質雷達是利用高頻電磁脈沖波的反射探測目的體及地質現象。其探測過程如下：地質雷達通過發射天線向地下發射高頻電磁脈沖，此脈沖在向地下傳播過程中遇到地下介質分界面時會產生反射[2]。反射波傳播回地表后被接收天線所接收，并將其傳入主機進行記錄和顯示，每一測點接收到一道雷達波形，一條測線上全部測點的雷達波形排列在一起，形成完整的雷達剖面，經過資料的后處理[3]，進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備

(1) 地質雷達檢測隧道的地球物理條件利用地質雷達技術檢測隧道質量的項目主要包括:

①二次襯砌厚度檢測;

②襯砌層與圍巖之間的密實情況和是否存在危及隧道安全的空洞;

③襯砌層內鋼拱架、鋼筋( 網) 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, 這導致雷達波在不同介質里的傳播速度不同，這就為使用地質雷達技術檢測隧道的上述項目提供了探測的前提條件。

( 2) 儀器設備

目前國內常見的投入野外生產的地質雷達, 主要有瑞典的 REMAC系列、美國的 SIR 系列、加拿大的 EKKO 系列等。這些不同型號的雷達, 其主要功能用途也不一樣, 有的用于超前地質預報, 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 國外先進地質雷達對公路、鐵路、水利等各類隧道進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的硬件儀器及數字處理軟件, 適用于各種型號的微機[4]。采集數據在天線端口即被數字化, 成為真正的數字信號采集系統，探測的深度范圍可達 2.5m 左右, 完全可以滿足隧道隱蔽工程質量無損檢測的需要( 圖 2，圖3) 。

圖2地質雷達檢測襯砌厚度工作原理圖

圖3地質雷達檢測空洞原理圖

3.1 襯砌厚度檢測

地質雷達檢測技術采用了先進的連續透視掃描無損探測技術，探測精度比傳統檢測方法高，且又是連續掃描，可獲得隧道探測的連續信號[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材料構筑而成，不同介質有不同的結構特征，與混凝土相比，圍巖內部結構較復雜，因而圍巖中內反射波明顯，混凝土內部反射波較少。內部反射波的高、低頻率特征明顯不同，這是區分不同物質界面的依據。

圖4 襯砌厚度檢測示意圖

1.2鋼筋數量檢測

隧道襯砌結構所使用鋼支撐及鋼筋網均屬于良性導體，當雷達波從介質入射到導體表面時，由于金屬導體中電磁波速為零，不能傳播。鋼筋對于電磁波的能量幾乎全部都反射回來，反射系數近乎為1，反射極強。應用高頻天線探測，鋼筋形成清晰的反射弧[6]，因此能夠可靠地檢測出鋼筋數量。圖4是鋼筋數量檢測示意圖，從圖中我們可以清晰的判斷出鋼筋的數量和位置。

圖5鋼筋數量檢測示意圖

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關鍵詞：地質雷達；高速公路；軟基加固

中圖分類號：U412.36+6 文獻標識碼：A 文章編號：

近年來，地質雷達技術在道路工程中的應用日趨廣泛，得到人們的關注，國內外資料表明地質雷達很適用于路基結構檢測。地質雷達系統在山區溝谷型軟基加固效果探測中的應用原理與其在路基結構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體，由于其工程性質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，在電磁波傳播時會產生強烈的電磁波反射，通過對地質雷達圖像進行分析解釋，來確定軟基處理加固的效果。

1工程概況

X高速公路施工項目某土建標段地處山間谷地，地勢東高西低，呈窄帶狀，大部為農田，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（固結排水）、土工格柵、反壓護道等措施處理加固軟基。

X高速公路某土建標段軟基加固效果探測現場使用儀器是美國 GSSI 公司生產的 SIR-3000 型工程探地雷達系統，該系統是目前世界上較為先進的探地雷達系統，具有掃描快、低噪聲、實時顯示、攜帶方便等優點，既可連續探測，也可以點測，而且具有先進的濾波功能與信號放大功能。

2地質雷達探測方式與現場探測實施

2.1測量方法與參數選取

（1）測量方法

地質雷達在工程探測應用中，需要根據所要檢測的目標體所處的環境和其特性進行了解和分析，從而選擇合適的探測方式。地質雷達采用的是高頻電磁波進行探測，其運動學規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）探測參數的選取

探測參數選擇合適與否關系到測量的效果。探測參數主要包括天線中心頻率、時窗、采樣率、測點點距與發射—接收天線間距。

2.2現場探測

① 測線布置

現場對X高速公路某土建標段填筑體進行了雷達探測，由于該場地填筑體是先填筑好中間段，后填筑好兩端，故分兩期對填筑體進行了地質雷達探測，其中中間段是重點檢測地段。

測線布置見X高速公路某土建標段場地填筑體雷達探測測線布置圖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高速公路某土建標段場地填筑體雷達探測測線布置圖

② 物探工程完成量

從測線布置和工作方法上看，部分地質雷達工作量見表1。

表1 地質雷達探測工程量

3數據處理與結果分析

地質雷達資料的解釋過程就是通過對剖面圖的分析解析，擇取有用的地質信息。

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上保持相互一致性。

根據勘探鉆孔對應的位置與地下反射層波組特征劃分反射波組以后，需要依據反射波組的相似性與同相性進行地質層的對比與追蹤。

3.2 時間剖面的解釋

在對比勘探鉆芯與雷達圖像資料的基礎上，充分利用時間剖面范圍大和直觀性的特點，縱觀整條測線，研究重點反射波組的特征及其相互關系，掌握反射特征波組的地質構造特征，其別需要重點研究特征波組的同相軸變化

3.3 地質雷達探測圖像解釋

對X高速公路某土建標段場地填筑體進行的探地雷達 100MHz 頻率探測獲得的物探資料，經過資料的分析、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。通過對場地中間段縱向測線 14 條和橫向測線 11 條雷達探測資料進行處理分析，如圖 2。

圖 2 雷達探測圖像

3.4軟基處理效果地質雷達探測結論

通過對 11 條橫向測線和 18 條縱向測線雷達探測資料進行分析，在改場地中間段圈定出此段的陰影區域為回填欠密實相對較嚴重帶，其它區域僅局部回填欠密實或輕微欠密實，如圖 3。由于陰影區域存在回填欠密實現象，可能會引起填筑體的不均勻沉降，導致路面開裂，并可能由于不均勻沉降而引起天棚基礎不穩造成大的危害事故。建議在圈定出的陰影區域采用壓漿處理，特別要加強天棚基礎下的壓漿處理；為保證天棚基礎穩固，圈定出的陰影區域外的天棚基礎下也應適當做壓漿處理。

圖 3X高速公路某土建標段場地填筑體雷達探測回填欠密實異常區圖

5結束語

利用地質雷達該場地進行探測，并且對地質雷達資料進行數據處理與分析，得出如下結論：

（1）利用地質雷達對X高速公路某土建標段場地軟基處理后的25條測線的4815個測點進行探測，局部回填欠密實或輕微欠密實，可能會引起填筑體的不均勻沉降，導致路面開裂，并可能引發場地中間段基礎的不均勻沉降。

（2）利用 SIR—3000 型地質雷達系統采用 100MHz 的頻率天線的探測結果表明，利用地質雷達探測 15m 以內的軟基密實度，其探測精度與分辨率均能滿足要求。

參考文獻

[1]龔曉南．地基處理技術發展與展望[M].北京：中國水利水電出版社，知識產權出版社.2004

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關鍵詞：LIDAR 電力 線路 測量 精度

中圖分類號：P237 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（c）-0035-02

1 LIDAR技術簡介

LIDAR（Light Detection and Ranging）技術是集激光測距（LRS，Laser Ranging System）、數字航空攝影、差分GPS、慣性導航系統（INS）等多種測量技術的新型測量系統。LIDAR技術可獲取各種地表數據。它發射的激光能穿透地面的植被，在剔除地面植被及地物的數據后，就可以生成地表的數字高程模型（DEM）數據。利用DEM數據及通過差分GPS和INS得到的航空數碼影像的外方位元素，對航空數碼影像進行正射糾正，可以生成正射影像圖。還可以對地面的地物、道路、植被等信息進行分類提取。LIDAR技術測量只需要做少量的地面控制點和少量的外業調繪工作。LIDAR技術不需要做航測外控點測量，只需在利用LIDAR技術進行測量時，在地面做少量的基站。LIDAR技術能獲取地物、植被的數據，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、獨立地物等信息。

2 LIDAR技術的特點

（1）主動式遙感系統：它由機載激光掃描儀發射激光，接收地面反射回來的激光。激光脈沖信號能部分穿透植被，可以同時獲取地面和地物數據。（2）高效率：LIDAR技術采集高程點的密度大，能夠迅速采集大量的高程數據。LIDAR數據后處理工作可以自動或半自動將LIDAR點云數據轉換為GIS數據。（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到亞米級，高程精度可以達到10cm左右。（4）采集的信息豐富：LIDAR技術可以獲得地面和地物三維坐標，通過濾波處理，可以得到我們想要的地面、地物、植被的數據。

3 LIDAR技術在電力線路工程中的應用

3.1 傳統測量技術應用

在傳統電力線路工程勘測設計中，多采取工程測量和航空攝影測量的方法進行。工程測量方法測量的地面信息精度高，但外業工作量大，測量的工期長，而且不利于勘測設計的一體化與優化設計。而利用傳統航空攝影測量進行電力線路勘測設計，不僅需要進行大量的GPS外控點測量，還需要進行大量的野外調繪工作，航測的內業時間長，勘測設計的成本很高，工期偏長。而且傳統的航空攝影測量在測量植被厚的隱秘地區時，測量的高程精度很低，影響電氣專業人員準確排桿；傳統的航空攝影測量方法也不能生成準確的塔基斷面圖。所以采用傳統測量技術進行電力線路工程勘測設計，獲得的勘測成品精度較低，內、外業工作量大，勘測設計工期長，不利于勘測設計優化，不利于降低工程投資。

3.2 LIDAR技術應用

利用LIDAR技術進行電力線路的勘測設計具有很大的優越性。LIDAR技術只要做少量的GPS控制點和少量的調繪工作，縮短了勘測設計的工期，減少了勘測設計的成本。

LIDAR技術的激光能穿透植被，得到地面的數據，這樣就能進行隱秘地帶的測量。對LIDAR數據進行處理后，可生成正射影像圖，進而生成帶電力線路路徑的三維數字地面模型圖，可以方便地在上面進行線路路徑選擇。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，便可進行一次性勘測設計，能讓勘測設計一體化，大大地縮短了勘測設計的周期，減少了勘測設計成本，并且能進行優化設計，節省工程投資。

（1）LIDAR技術外業航飛。

首先做基站點，基站點要分布合理，保證航飛時飛機的30km內至少有一個基站?；拘枰x在開闊、交通便利的地方，沒有樹木、房屋等擋住衛星信號，周圍無電子干擾源，不能有大片水面或其他反射面?；咀詈檬孪冗M行高程、坐標的聯系測量，便于以后進行坐標轉換。在進行外業測量的時候，應注意航帶是要有一定的重疊度，要注意LIDAR系統的以下參數的選用：如激光波長、最大重復脈沖頻率、脈沖回波記錄模式、功率、光斑尺寸、掃描角、掃描模式等。

（2）LIDAR數據內業處理。

先進行異常點的剔除，在LIDAR數據中有些數據明顯不合理，要將它剔除，例如經過多重反射回來的數據、空中飛行物反射的數據等。再進行坐標轉換，GPS接收、解算的均是WGS84坐標，而我們常用的一般為1954北京坐標，要將WGS84坐標轉換成1954北京坐標，一般要聯測3個以上的54坐標控制點，進行七參數坐標轉換。高程系統一般與平面坐標同時處理，將大地高轉換成正高。再進行航帶合并，進行航飛時經常有多條航帶，這些航帶必須有（10%～20% ）的重疊度，要將不同航帶的LIDAR原始數據進行合并，按一定的順序合并成一個整體。

內業數據處理最重要的步驟是LIDAR數據的濾波。接著進行正射影像圖和三維立體模型數據的生成，將已有的電力線數據、協議區數據、與電力線路路徑有關的擬建、在建項目等相關數據輸入，一起生成正射影像圖和三維立體模型數據。

（3）電力線路路徑優化。

以線路電氣專業人員為主，在結構、測量、地質、水文等專業人員的配合下，進行電力線路的路徑選擇和優化。在LIDAR數據生成的正射影像圖和三維立體模型圖中，設計人員可以圖上看到全局的真實情況，能很容易地避開不利的因素，得到合理的線路路徑。由于LIDAR技術能對隱秘地帶進行測量，能比較準確獲得每個塔位的位置和高程，設計人員在選擇路徑時，可考慮塔位的具體情況，在設計時能做到線中有位、線位結合，能得到最優的線路路徑。

（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，也可以生成風偏點。美國的海拉瓦平臺和我國的適普軟件能較好的做到這些功能。由于LIDAR技術能穿透植被，建立的地面、地物高程模型比較準確，生成的平斷面圖也比較準確，線路設計人員可準確地確定桿塔位置。

（5）生成塔基斷面圖及三維立體模型

在桿塔位置確定以后，可以生成較準確的塔基斷面圖。設計人員可以檢查每一個塔位的地理情況，如果不合適，還可以進行塔位的調整。如果找不到合適的塔位，還可以將線路路徑進行調整。接著可制作帶塔位的線路路徑三維立體模型。

（6）外業定位放樣。

確定了線路路徑、桿塔位置以后，就可以利用RTK（實時動態）GPS進行外業定位放樣。此階段，要注意檢核危險斷面點、高等級電力線、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，要及時改正，并反饋給設計人員。

3.3 應用實例

在某500kV線路工程中，應用機載激光雷達技術進行優化選線，取得了預期的效果，與初設相比，縮短了線路長度1km，減少了交叉跨越3處，減少了占用森林、農田面積56畝，減少了房屋的拆遷4 000m2，節約了工程投資5 550 000元，切實達到了線路路徑優化的目的。

4 LIDAR技術的誤差分析

進行了LIDAR系統的完善校正以后，機載LIDAR的定位精度是由GPS的定位精度、姿態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。系統中任何一種傳感器精度的降低，都會導致系統定位精度的下降。誤差公式如下。

在飛行高度

在某高壓線路工程中，使用4臺天寶GPS5700，用運五飛機進行航飛，利用芬蘭公司的TerraSolid商業軟件進行LIDAR數據處理，并對測量結果進行了精度分析，分析結果見表1。

由表1可以得出結論：用LIDAR技術進行電力線路的勘測設計技術上是可行的，精度是可以滿足設計要求的（平地可控制在±0.3m左右，山區可控制在±0.6m左右）。

5 結語

利用LIDAR技術進行電力線路的勘測設計，只需做少量的地面控制點和少量的外業調繪工作，能提高隱秘地帶測量的高程精度，縮短了勘測設計的周期，并且可以實現勘測設計一體化?？煞奖愕剡M行電力線路工程優化選線，效率更高，操作更簡便。利用LIDAR技術生成的三維場景，可以進行全線漫游及多視角觀察，設計人員能更好地進行優化設計，對地物的判斷、空間位置的確定更準確、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技術也有很多待完善的地方，如：LIDAR航飛的寬度比較窄，航飛的時間比較長，航飛的成本比較高，航飛管理也較復雜，空域申請較為困難；在植被很茂盛的地方，LIDAR技術的高程精度也會降低；LIDAR的數據處理軟件偏少，處理過程復雜，復雜地物的提取還需要很多的人工干預；LIDAR點云的濾波技術還有待于進一步改進等。

參考文獻

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

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1雷達功能與特點

雷達是利用電磁波探測目標的電子設備，是通過無線電定位方式，來實現無線電探測與測距，通過回波測定發現探測目標空間位置信息，由于雷達通過無線電技術實現探測，所以也被稱為“無線電定位”。其探測原理是通過發射電磁波，對探測目標進行照射，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，由接收設備進行處理，提取信息數據，當前廣泛應用于：氣象領域、軍事領域、航空領域。雷達技術最早出現于一戰時期，但由于當時受到技術水平限制，探測范圍和準確性都存在局限。二戰時期雷達技術得到實際運用，且已十分成熟，能實現地對空、空對空、空對地的探測識別。隨后更融入了脈沖跟蹤技術，能通過跟蹤模式對目標進行跟蹤探測，且探測中系統能自動修正干擾誤差，提高探測準確性和有效性。二十世紀末，微處理技術與光學探測技術融入雷達領域，使雷達探測實現智能化、自動化，能自動進行多目標跟蹤探測，在軍事領域中做出了巨大貢獻。

2雷達通信技術

雷達應用非常廣泛，可探測飛機、艦艇、導彈。除軍事用途外，還可用來為飛機、船只導航。另一方面，氣象領域中的應用，可探測臺風、雷雨、烏云，以實現預測天氣目的。雷達通信基本過程是，發射機發射電磁波，由收發轉換開關傳送給天線，由天線將電磁波發送出進行傳播，電磁波遇到目標后產生回波，回波被天線獲取，通過接收設備進行信號處理。距離測量是根據回波延遲時間判斷，計算公式為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回波頻率改變量確定，其基本原理是多普勒頻移。但實際上雷達應用中，通信過程可能受到干擾設備或其他外部信號干擾，同時會被電子偵察設備探測到通信信號。因此，要加強雷達抗干擾，反偵察能力?，F代雷達為提高通信穩定性與可靠性，融入了數據處理技術、加密技術、組網技術、分布式有源技術、自適應波束形成技術、光電子技術。這便使得雷達通信抗干擾能力大大提升，數據處理效率和水平明顯提高，能實現多頻道、多極化、多模式通信，而且通信數據形式更加多元。

3雷達信號處理機顯控

通過前文分析不難看出雷達探測的應用優勢。雷達設備種類繁多，技術含量高，應用范圍廣。根據用途不同可分為：軍用雷達、預警雷達、引導指揮雷達、機載雷達、氣象雷達、航行管制雷達等。雷達探測不受天氣影響，穿透力強，探測效果好。但探測有效性和準確性，通常與信號處理機顯控有直接關系。近些年來，現代雷達中接收采樣數據量成倍增加，信號處理機顯控難度提高，使得信號處理機顯控成為雷達研究領域熱門課題。為提升顯控有效性，修正誤差，一般情況應通過MAD抑制低速雜波信號，區分雜波與目標回波。由于雜波與目標回波頻率不同，所以能通過濾波器消除。但實際上，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MAD抗干擾濾波方式，效果并不好，會出現顯控判斷現象。為解決這一問題，就應利用自適應恒虛警檢測，通過CFAR檢測抑制雜波。另一方面，還可選擇匹配數字濾波器方式，利用脈沖壓縮處理方式，進行波篩選，將雜波進行掩蓋，避免雜波干擾。但實際應用中，由于模擬技術缺陷，掩蓋效果與理論值可能會存在差異。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律性。因此，為了彌補理論值誤差問題，則可通過改進濾波方式，實現抑制雜波，保障顯控準確性與有效性。例如，對多普勒濾波器進行利用。該濾波器能有效提高顯控質量，通過FIR實現濾波，抗干擾性能非常好，而且容易實現。除以上幾種技術手段還，近些年來，很多雷達也在開始MTD技術，該技術是通過窄帶濾波器組的方式來實現抑制雜波，從而改善信號接收機性能，全面提高接收有效性，實現高質量顯控，該技術雜波抑制效果非常明顯。但各類技術手段有著不同特點和適用范圍，具體應用中，要根據雷達信號接收機特點和顯控要求及實際雜波特性規律選擇抑制方式。

4結束語

雷達探測不受地形，天氣情況影響，而且探測距離遠，準確性與可靠性高，能應于海洋探測、地理探測、航空探測等眾多領域。但隨著雷達數字化的發生，接收機采樣數據量越來越大，使得信號處理機顯控難度隨之提高，準確性出現下降，雜波處理面臨挑戰。因此，在實際應用中，要根據雜波特性與顯控要求，合理選擇濾波技術，保證顯控質量。

作者:陳兵 單位:四川九洲電器集團有限責任公司

參考文獻:

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

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關鍵詞：激光雷達；工程測繪； 應用

隨著上世紀80年代激光機技術的突破，推進了激光技術的進一步發展。激光雷達采取與激光測距器類似的原理和構造進行研制，其工作在由紅外到紫外光譜段的探測系統中。由于激光雷達的不斷改進，其重復頻率快、峰值功率高、體積小、波長范圍廣，目前已在工程測繪的多個領域得以應用。

激光雷達測繪技術概述

激光雷達是在光頻波段工作的雷達，且與微波雷達的工作原理相近，利用光頻波段的電磁波向目標地點發射探測信號，然后再將接收到的同波信號和發射信號進行比較，進而得知目標的方位、距離、高度等具置，以及其運動狀態信息，以實現對目標的跟蹤、探測和識別。激光測距機是簡化的激光雷達形式，在激光測距技術的基礎上，實現方位配置、測量俯仰狀態、自動跟蹤激光目標等，以此構成完整的目標探測與跟蹤激光雷達。一般情況下，激光雷達由激光接收機、激光發射機、伺服控制系統、信息處理系統、操控顯示終端組成，且激光雷達可根據不同方法進行分類：如果按照發射波形與數據處理的方式，可分為連續波激光雷達、脈沖激光雷達、脈沖壓縮激光雷達、脈沖多普激光雷達、動目標顯示激光雷達及成像激光雷達等；如果按照安裝的平臺劃分，則分為機載激光雷達、地面激光雷達、航大激光雷達以及艦載激光雷達等；根據完成的不同任務，分為靶場測量激光雷達、火控激光雷達、障礙物回避激光雷達、導彈制導激光雷達、飛機著艦引導激光雷達。

在實際應用中，激光雷達可以單獨使用，也可與微波雷達、紅外電視、可見光電視、微光電視等組合使用，讓系統既能搜索到遠距離目標，也可實現目標精密跟蹤，在當前工程測繪中應用廣泛。

激光雷達測繪技術在工程測繪中的應用

2.1基礎測繪

在基礎測繪中，包含數字正射影像、數字線劃地圖以及數字柵格地圖。對于數字正射影像與數字線劃地圖來說，其生產離不開高精度三維信息的技術支持。例如，數字正射影像就是在精確的地形信息基礎上，實現數字微分糾正而獲得。由于數字攝影測量工作的程序較復雜，對設計要求與技術路線也非常嚴格，同時對生產人員提出更高的技能要求。而機載激光雷達技術所提供的地面三維坐標，則可以滿足高精度影像微分糾正的要求，讓數字正射影像生產更加容易，并不需要數字攝影測量平臺，極大降低成本，在一般遙感圖像處理系統中就可以實現規?；a。另外，高精度的激光點云數據，可直觀反映地物、植被等三維信息，充分利用這些資源，實現更加精準的判讀與測量，提高數據的采集效率與質量。

2.2精密工程的測量

很多精密工程的測量，都涉及到測量目標的采集，并獲得三維坐標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、變形測量等行業中。地面激光雷達和機載激光雷達就是解決這類問題的有效方法。利用數碼相片獲得紋理信息，并與構筑物模型實現疊加，以構建三維模型，可有效實現對景觀的規劃分析、物體保護、形變測量、規劃決策等。例如激光雷達技術在鐵路設計、公路設計中提供的高精度地面高程模型，可便于線路的設計與施工方法精確計算。在電力線路設計過程中，利用激光雷達技術的成果數據可以對整個線路有所了解，包括公共區域內的地物、地形等要素；在電路線維護或搶修時，根據電力線路中的激光雷達數據點，以及對應地面點的高程，計算出任意位置線路距離地面的高度，方便維護與搶修；另外，在樹木的密集區內，也可利用激光雷達估算出需要砍伐樹木的面積與木材量。

2.3數字礦山的構建

數字礦山的建立既滿足環境友好型、經濟節約型社會需要，也對促進礦山可持續發展具有重要作用。近年來，我國礦業及礦業城市遇到了生存與發展的困境，而礦山生態環境、資源枯竭等問題嚴重，礦山系統內的功能受到局限，礦山的人力、物力、財力都有所影響。

若想解決這些問題，必須加強對數字礦山的重視。利用激光雷達數據濾波迅速提取礦區內的相關數據，建立起三維虛擬地面模型，并確定建筑物的合理區域，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，實現塌陷區的生態環境與經濟評價，對由于沉陷造成的土地侵蝕與裂縫進行分析，調查沉陷區的建筑物破壞情況，以及檢測滑坡地質災害等。

2.4電力傳輸與管道布圖

在直升機平臺上工作的激光雷達系統，最適用于測量傳輸線路。由于直升機可以沿著電力線或者管道傳輸的走廊飛行，比固定翼飛機節約成本，并且直升機可以隨時根據需要調整高度和速度，以獲得更為精準的數據。如果在激光雷達應用平臺中同時使用錄像機、數字相機及其他傳感設備，既可實現激光雷達測量，也可同步進行線路檢查及制圖工作。

2.5森林工業的應用

機載激光雷達系統最早應用的商業領域即森林工業，由于森林業發展與國土管理都需要森林及其樹冠下端地形的準確數據，而傳統技術中很難獲得樹高及樹的密度的精確信息。機載激光雷達與衛星成像不同，當利用這種技術勘測樹冠下的地形時，還可同時獲得樹的高度。在對數據的后處理中，獨立的激光返回值可分為地面返回值與植被返回值兩部分，并以此計算出更多林業相關信息，如樹高、材質、樹冠覆蓋以及生態環境等，這些都是傳統攝影測量或者地面測量無法獲得的信息內容。

2.5規劃城市建設

自從進入21世紀，數字電視已成為各地力爭構建的信息化目標?？臻g信息則成為數字城市的基礎平臺與框架，也是規劃城市建設的重要內容。通過激光雷達測繪技術的應用，可以獲得高精度、高分辨率的數字正射影像與數字地面模型，為城市規劃與發展提供寶貴的空間信息資源，也是構建數字城市的重要技術支持。

另外，若想構建數字城市，還需要滿足可測量、真三維、高精度等要求，具有真實效果的城市三維模型是管理城市的虛擬平臺。如果應用傳統技術，若想實現城市三維建模，工藝比較復雜，且工作量大、工作效率低，最終效果不理想，對數字城市的服務深度與寬度有所影響。如果利用激光雷達測繪技術，對地面建筑物進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、高密度的三維點坐標，再加上軟件的后期處理，即實現點云數據的模型構建與紋理映射，全方位構建城市三維模型，對數字城市建設的基礎數據持續性、歷史性提供保障。

由上可見，激光雷達測繪技術將成為未來工程測繪的發展方向，具備更多的優勢。通過激光雷達測繪技術與其他測量技術的配合使用，將提高工程測繪的效率與質量。但是目前我國在激光雷達的數據處理方面技術尚不成熟，仍需進一步深入研究。

參考文獻：

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【關鍵詞】工程測繪；激光雷達；測繪技術；應用

一.激光雷達測繪技術概述

在進行測繪的過程中激光雷達測繪技術主要是通過電磁波的應用對所要進行測量的地點進行數據的收集與分析。激光雷達測繪技術是將現代激光雷達技術與工程測繪相結合的一種新型工程測繪方法。

1、激光雷達測繪技術的特點。激光雷達測繪技術在進行應用的過程中具有以下幾個方面的特點：（1）測繪結果更加的準確。激光雷達測繪技術是現代社會中最先進的測繪技術之一，其在測繪的范圍以及測繪的精準程度上都具有著一定的優勢。尤其體現在測繪的精準度方面，與傳統的測繪技術相比更是取得了質的突破，使得測繪結果更加的準確，對工程順利進行起到了良好的保障作用。（2）測量內容更加豐富。激光雷達測繪技術由于借助了電磁波的應用，使得測繪功能進行了進一步的拓展，可以借助電磁波的穿透力，對目標地點的空間，體積，質量等多方面的要素進行測繪，大大豐富了傳統建筑工程測繪的內容，為工程的施工提供可更加全面的參考資料。（3）更加具有時效性。由于自然環境處在不斷變化的過程中，因此在進行測繪的過程中，一些測繪地點其會隨著時間的推移而進行一定的更改，這會對測繪結果產生影響，并可能對建筑工程的施工產生一定的阻礙。

2、激光雷達測繪技術應用過程中應注意的問題。激光雷達測繪技術在我國建筑行業進行應用的時間相對較短，因此在使用的過程中有關工作人員應對一些問題產生重視，避免使用過程中出現不必要的失誤。具體來說包括以下幾個方面：（1）注意對激光雷達測繪設備的維護。激光雷達測繪設備是應用激光雷達測繪技術的基礎，因此在實際的工作中有關人員應對激光雷達測繪設備產生一定的重視，制定出有效的設備維護方案，針對設備進行周期性的維護與檢修。（2）強化技術的應用。激光雷達測繪技術是一項新技術，其在進行技術應用的過程中工作人員不僅要熟練設備的操作，同時還要對技術的理論知識進行了解，并且對技術應用過程中的注意事項，應用規范等進行一定的掌握。因此有關工程施工單位應對工程測繪人員進行一定的培訓工作，強化其對激光雷達測繪技術的應用，以保障測繪工作的順利進行。

二、激光雷達測繪技術在工程測繪中的應用

1、基礎信息收集。建筑工程測繪工作首先就是要對目標測繪地點進行基礎數據的收集，因此在工程測繪中進行激光雷達測繪技術的應用，其首要的工作任務就是對基礎信息進行收集，具體來說在基礎信息收集的過程中激光雷達測繪技術主要有以下幾個方面的應用：（1）形成數字影像。數字影像的形成是收集目標測繪地點基礎信息的主要工作之一，激光雷達測繪技術在這一方面具有著突出的優勢，其可以借助數字坐標，通過三維影像的構建完成數字攝影工作，進而形成數字影像，為基礎資料的收集與整合打好基礎。（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，反復驗證而來。借助激光雷達測繪技術進行基本數據的收集，主要是為了形成測繪地圖的雛形，通過對數字影像的分析與整合，對測繪地圖進行基礎性的繪制，輸入基本的測繪信息。（3）對工作效率進行一定的提升。激光雷達測繪技術其在速度與精確度上有著突出的表現，因此在進行基礎信息收集的過程中，其可以有效的對傳統測繪技術中的一些不足進行完善，使得基礎測繪工作的完成更加的高效快捷。

2、精密信息測量。除了一些基礎信息的收集與整合外，在進行建筑工程測繪工作的過程中，有時還要進行一些高精密的測量工作，這些測量工作單靠傳統的測量技術很難有效的完成，因此需要激光雷達測繪技術給予一定的支持，具體來說在進行精密信息測量的過程中激光測繪雷達技術主要應用在了以下幾個方面：（1）對施工地點進行規劃。在進行工程測繪的過程中，一些工程在具體的規劃方面仍有一定的不足，又由于受到環境的限制，使得工程的具體設計以及工程實際范圍難以進行劃分。而激光雷達測繪技術的應用可以對這些問題進行一定的解決，激光雷達技術并不是單純的測繪技術，其可以進行一定的數據分析，模型構造，因此在進行測繪的過程中通過精密信息的收集，激光雷達測繪技術會自動生成三維立體模型，并提供工程的具體規劃方案，這對于工程的設計以及范圍的劃分起到了一定的參考作用。（2）進行景觀的保護。建筑工程施工地區可能存在著一些具有代表性的景觀或者植被等，在進行施工的過程中如不進行有效的規劃就很可能對施工地區的景觀造成一定的破壞。激光雷達測繪技術在應用的過程中，對于建筑施工地點內部的景觀進行了全面的分析，對于一些需要進行保護的景觀給予了劃分并制定出了一定的保護策略，這對于完善全局規劃，保護工程景觀有著一定的幫助作用。

3、進行數字高程建模。數字高程建模是近幾年來建筑工程施工過程中經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化，合理化。通過數字高程建模建筑工程施工單位可以對具體施工過程中的各項施工因素進行分析與明確，例如施工過程中土方量的統計，地形通視情況的掌握等。將激光雷達測繪技術應用到建筑工程測繪工作中，其可以借助激光點的應用迅速的對建筑工程區域進行數據的收集，并快速建立其三維坐標，通過數據的分析與整合，構建出符合建筑工程施工需要的數字高程模型。這在一定程度上縮短了高程建模的速度，同時還可以最大限度的保障數字高程建模的準確性。

4、模擬城市建設。建筑工程的施工是城市建設的一部分，為了使城市中建筑工程的施工更加的合理化，科學化，有關部門將激光雷達測繪技術進行了一定的推廣，將其應用到了城市建設規劃工作當中。通過激光雷達測繪技術的應用，有關部門可以對整個城市或是城市中想要進行規劃的區域進行有效的測繪，并在數據收集全面后進行數字城市的建設，以此來對未來城市的發展規劃進行模擬，為政府提供更加合理的城市建設方案。同時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當中。

結束語

將激光雷達技術與現代工程測繪相結合，是對現代工程測繪技術的一次有益發展，其對于提高建筑工程測繪的精確度，促進建筑工程順利進行等都有著一定的積極作用。在對建筑工程激光雷達測繪技術研究的過程中，激光雷達測繪技術在我國建筑行業正處于推廣階段，其與傳統的建筑工程測繪技術相比在很多方面都具有著一定的優勢，更加適合現代建筑行業發展的需要。

參考文獻：

[1] 謝衛良.探討激光雷達測繪技術在工程測繪中的應用[J].科學與財富，2013（9）：34-37

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關鍵詞：機載激光雷達；DEM；管道工程設計

0 前言

當前，油氣資源在國民經濟中扮演了越來越重要的角色。在油氣管道建設工程中，設計工作作為工程的最初環節，決定了油氣管道的工程走向、工程造價、運營維護及環境影響等諸多方面。為設計工作提供良好的基礎測繪數據，包括DOM、DEM和DLG，是道設計人員在選線、設計施工方案、計算征地拆遷量等必不可少的依據。

機載激光雷達技術，即LiDAR，是一種綜合利用激光、全球定位系統（GPS）、慣性導航系統（IMU）的數據采集技術。利用機載激光雷達技術結合航空攝影測量技術，能夠以相對較低成本為管道設計選線提供高精度的參考數據。

筆者參與了某國家級長輸天然氣管道的設計工程的設計選線數據采集工作，針對該項目需求進行了實驗工作，利用機載激光雷達技術與航空攝影測量技術，獲取了大量高質量原始數據，并利用TerraSolid等軟件對原始數據進行處理，獲得了DOM、DEM等數據，為設計選線工作提供了高質量的空間地理信息數據，取得了令人滿意的實驗成果。

1 激光雷達測量系統技術原理

1.1 激光雷達測量原理

激光雷達使用的是由激光器發射激光以光速傳播，當激光發射到被測量物體的表面時，一部分反射激光被接收器所接收，計算出激光器發射點到反射物體的距離，再結合激光雷達系統瞬時位置與姿態，即可得到測點的三維坐標。

1.2 激光雷達的系統構成

常見機載激光雷達系統通常由激光發射器，光學系統，接收器，GPS/DGPS，IMU（慣性測量單元），飛行計劃和管理系統，數據采集和存儲系統等部分組成。

1.3 機載激光雷達數據

機載激光雷達數據通常包括激光點云數據、回波強度圖像數據。另外，為了便于對激光點云數據進行處理和應用，目前大多數的機載激光雷達系統中都集成有高分辨率航空數碼相機，因此，航空數碼影像數據亦可看作是機載激光雷達數據集的一部分。

2 機載激光雷達數據獲取及預處理

2.1 飛行區域的確定

機載激光雷達測量工作與傳統航空攝影測量類似，需要進行大量前期設計規劃工作。在前期工作中，設計人員已根據衛星影像、歷史數據及實地初步核實結果，確定了管道中線初步方案，以中線方案作為激光雷達航空攝影測量區域中線，以中線兩側各1km范圍為飛行區域。

2.2 數據獲取

本實驗中采用有人飛行平臺，搭載Leica ALS70機載激光雷達系統，搭配Leica ADS80航空數碼相機，采用Leica Mission Pro進行飛行計劃的編排評估，采用Leica Flight Pro進行飛行控制，并根據飛行計劃向國家有關部門進行了空域申請的工作。整個數據獲取工作歷時2個月，獲取了整個測區原始激光波形數據、航片數據、GPS觀測數據和IMU姿態數據，為后續數據處理打下了堅實的基礎。

2.3 數據預處理

激光點云數據的預處理工作，是后續數據處理工作的基礎。預處理的目的是將機載激光雷達系統獲取的原始波形數據，通過檢校場檢校數據、結合GPS觀測數據和IMU瞬時姿態數據進行聯合解算，獲得點云數據，并以交換格式進行存儲的過程。

在本實驗中，還存在航空數碼相機獲取的航片數據，同樣需要進行預處理。航空數碼相機與激光雷達系統使用同源的檢校數據、GSP觀測數據和IMU瞬時姿態數據，采用相機自帶軟件系統進行自動解算。

3 激光點云數據處理

本實驗中，采用芬蘭TerraoSolid公司出品的TerraSolid作為激光點云數據處理軟件進行數據處理。

3.1 點云數據的分割

激光雷達點云數據是以Las文件為存儲和處理單元。由于點云數據量非常大，而當前點云處理軟件往往在容量上有限制，因此在處理點云數據前，必須先對整個區域的激光點云進行分塊處理。以本實驗為例，處理硬件為2GB大小內存，能夠同時處理500萬點，在實際操作中，我們將分塊大小設置為每1平方公里一個塊。在本實驗中，使用的TerraPhoto與TerraScan模塊進行的自動分塊。

3.2 點云分類前預處理

分塊后的點云數據在進行分類處理前，需要利用TerraScan模塊進行一系列預處理，將精度較低的點數據從數據集中剔除，提高數據整體精度。

（1）建立航跡線與點的對應關系。利用TerraScan中自帶的宏命令，將航跡線和點進行對應。

（2）建立自定義分類代碼。TerraSolid系統內置了一系列常用分類代碼。根據具體應用也可對分類代碼進行增刪和修改。本實驗根據需求，重新定義了點云分類代碼，如下表1：

（3）剔除低精度數據。在點云模型中，存在每條航帶中偏離航跡線較遠的點，由于這部分點變形較大，精度不高，所以需要在預處理中進行剔除。

3.3 點云數據分類

激光點云數據的分類又稱為濾波，是點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云數據模型，通過數學算法和人工判讀，按照規則進行分離，從而識別地面、建筑、植被、水面等不同地物對象。

針對點云模型的自動濾波分類，已有較多的成熟算法，但在實際應用中，自動濾波還存在一定問題，需要輔以人工分類。

3.2.1 自動濾波

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

（1）識別并剔除異常離散點。這些異常離散點是明顯脫離整個模型的點數據，一般是數據獲取和預處理時，由于軟硬件系統及周圍環境造成的異常數據，

（2）識別地面點。剔除異常離散點后，局部最低點可認為是點云模型中的地面點和建筑表面點。

（3）識別植被點。該步驟是將植被點從Default層點云中分類出來，并可根據需要將植被點進一步分類為高、中、低三種類型的植被點。

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

經過上述自動濾波步驟，點云模型已經被初步分類為異常離散點、地面點、高中低植被和建筑等層。由于自動濾波結果受點云模型和環境影響較大，不能作為最終成果，因此還需要進行人工分類。

3.2.2 人工分類

（1）制作快速正射影像。在人工分類之前，必須先生產快速正射影像，作為人工分類參考底圖?？焖僬溆跋竦纳芍饕ㄒ韵聨讉€步驟：1）模型關鍵點（Model Key Points）的生成。生成關鍵點后，再將模型關鍵點合并回地面點，以免影響后續操作； 2）快速正射影像生成。該步驟主要使用TerraTscan和TPhoto模塊進行自動進行快速正射影像的生產。

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

3.4 DEM生產

點云分類完成后，可利用TerraScan的導出功能進行DEM生產。在導出窗口中設置DEM間隔、坐標系統和導出文件格式后，可按照點云分塊導出DEM，也可利用軟件宏批量導出DEM。至此，基于激光雷達點云數據的DEM生產完成。

3.5 DOM、DLG數據的生產

基于激光點云的高精度的DEM生產完成后，可采用傳統正射影像生產流程進行DOM生產，并用DOM作為底圖進行DLG的提取。

4 結論

機載激光雷達技術作為一種較新的航空遙感技術，已經在長輸油氣管道工程中得到了一定的應用。雖然在應用中還存在一定的缺陷，但是隨著數據處理算法的逐步發展，機載激光雷達技術必將在管道工程領域得到更廣泛的因公。

參考文獻：

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