探地雷达数据采集与解释
探地雷达数据采集以及解释
山东大学岩土中心
第1章．探地雷达简介
1．1工作基本原理
探地雷达（Ground Penetrating Radar，简称GPR）是利用频率介于106～109Hz的无线电波来确定地下介质的一种地球物理探测仪器。随着微电子技术和信号处理技术的不断发展，探地雷达技术被广泛应用于工程地质勘察、建筑结构调查、公路工程质量检测、地下管线探测等众多领域。
探地雷达的基本原理如图1所示。发射天线将高频短脉冲电磁波定向送入地下，电磁波在传播过程中遇到存在电性差异的地层或目标体就会发生反射和透射，接收天线收到反射波信号并将其数字化，然后由电脑以反射波波形的形式记录下来。对所采集的数据进行相应的处理后，可根据反射波的旅行时间、幅度和波形，判断地下目标体的空间位置、结构及其分布。探地雷达是在对反射波形特性分析的基础上来判断地下目标体的，所以其探测效果主要取决于地下目标体与周围介质的电性差异、电磁波的衰减程度、目标体的埋深以及外部干扰的强弱等。其中，目标体与介质间的电性差异越大，二者的界面就越清晰，表现在雷达剖面图上就是同相轴不连续。可以说，目标体与周围介质之间的电性差异是探地雷达探测的基本条件。
图1 探地雷达基本原理
1．2电磁波传播特征
探地雷达的电磁脉冲在介质中的传播速度为：
v
=
其中c为电磁波在空气中的传播速度，ε为介质的介电常数，常见介质的介电常数如表1所示。
材质相对介电常数材质相对介电常数
粉质粘土 6 水81
干砂3～5 灰岩4～8
湿砂20～30 花岗岩4～7
金属300 砂岩 6
PVC塑料 3.3 页岩5～15
混凝土 6.4 淤泥5～30
空气 1 海水80
粘土5～40
表1各种常见介质的介电常数
电磁波脉冲在地质界面上的反射系数为：
k=
根据电磁脉冲的传播规律，在地质界面上如果反射系数为负，则相位与发射脉冲相反，若反射系数为正，则相位与反射脉冲一致。如图2和图3，可以清除看到反射波相位的变化规律。
图2
图3
1．3雷达的分辨率
对于地质雷达的探测方式．它的分辨率也是一个必须了解的内容．地质雷达的分辨率包括垂直分辨率和水平分辨率。地质雷达的垂直分辨率主要由地质雷达的波长的二分之一决定。从波的传播规律可知，识别目标体的尺度一般需大于1／2波长，假设垂育最小可分辨的层的厚度为Dm。则它的计算式为：
其中，c为电磁波在真空中的传播速度。可见频率越高，介质的介电常数越大，D m越小．即垂直可分辨层的厚度越薄，垂直分辨率越高。
地质雷达的水平分辨率是指地质雷达在水平方向上所能分辨的最小异常体的尺寸的能力。通常用Fresenel来表示，当反射面的埋深为H，发射，接受天线的间距远小于H时，
R F就是水平分辨率的最小尺度。从计算公式可以看出．当目标体埋深越大，雷达波频率越低，波长越长，则R F越大，水平分辨率越低．反之，水平分辨率越高。
第2章．雷达数据的采集
雷达数据采集的步骤如下：
1．仪器安装调试；
2．现场地质以及其它情况记录；
3．布置测线；
4．参数设置；
5．参数现场校核，如不合格，重新调试参数；
6．数据采集。
下面将各步骤的注意事项说明。
2．1仪器安装调试
①必须在断电的状态下进行安装和拆卸；
②如果现场空气比较潮湿或者有水，注意防潮防水，以免短路导致损坏电路；
2．2现场地质记录
记录现场的地质条件，以免现场的干扰在雷达记录中造成假象，扰乱最终的解释。
2．3布置测线
如果已知探测对象的大体走向，尽量使测线与其走向正交；
2．4参数设置
参数设置是关系到采集数据质量的关键工作，各项参数如下：
4）：
注：①增益：地质雷达发射的电磁波在介质中传播过程中，在电性（介电常数）分界
面上会发生发射，有一部分电磁波继续向下传播，传播过程中电磁波能量会被介质吸收。随着深度的增加，电磁波能量减弱，信号幅度相应地减小，不利于信号识别和辨认。为了能更好地识别信号特征，采用增益（gain）函数来提高信号的幅度，使得信号的细微变化更容易显示和识别。增益菜单有两个选项：手动/自动Manual/Auto，增益点数Points,GP1、GP2、GP3…GP5。在采集主机的屏幕的右半部分有一个示波器窗口，除了显示波形之外，还有一条红色的曲线，该曲线就是增益曲线，曲线的转折点点就是增益控制点。适当的增益函数会提高信号的可视性，但是增益过大会出现削波现象，应该避免削波现象。
②位置确定：雷达剖面的最顶端并不是第一个反射面（比如在地面探测时，剖面的顶端并不是地面），这主要是因为：第一，系统延时，即主机给出发射指令到天线开始发射的延迟时间，第二，直达波，即有发射天线直接到接受天线的电磁波。为了更加精确的定位，应该去除这两方面的干扰。但是由于确定零线较为困难。可以在探测时在地面放置一根电缆与测线正交，天线经过电缆时在剖面上会记录下电缆的位置，通过识别电缆就可以确定零线的位置了。
图4 collect菜单的注解
5）
该菜单用于浏览已经采集的文件，在该菜单下有一个SCAN和PROCESS子菜单，通过子菜单可以可以进行一些参数修改和数据处理，以便得到更好的显示效果。注：这些修改和处理只是用于显示，并不会改变原数据。
图5 Playbacck菜单的注解
6）
该菜单的主要功能就是设置数据的显示参数和数据的导出。
图6 Output菜单的注解
图7 System菜单的注解
2．5参数现场调试
，需要增加叠加次数；
③如果存在已知深度的目标体并且该目标体可以在雷达剖面上识别的话，可以通过该目标
体的深度来反算波速，进而求出介电常数。这样求出来的介电常数比较接近真实值。如果没有已知深度的目标体，可以打钻确定一个目标体，然后量测其深度，用同样的方法
来反算介电常数。
2．6 数据采集
③隧道拱顶或者拱腰部位探测时，可以使用台车（由装载机拖动台车），汽车架子和装载
机架子，如图8。其中台车最安全，汽车架子最不平稳。
台车（由装载机拖动）汽车架子装载机架子
图8 各种架子
第3章数据分析
数据分析和数据处理的目的就是压制干扰，突出有效信号，提高信噪比，这是进行成果解释的前提，只有进行仔细的处理，才能获得良好的效果。图9为数据分析和处理的流程图，其中数据分析和数据处理需要进行多次调试对比，才能达到较好的处理效果。本章将对各个步骤进行详细讲解。
图9 雷达数据分析和处理流程
3．1 绘制测线布置图和尺寸调整
3．1．1 绘制测线布置图
内业工作的第一步就是将现场的测线布置草图绘制成正式文档。由于现场雷达数据文件是以编号命名的，所以每条测线所对应的文件编号需要记录在文档中，以防混乱。如下图10，就是雷达探测桥洞的测线布置图，可见在图中标注了测线的方向以及测线所对应的文件编号，应该尽量多的将现场信息反映在布置图上，有助于在解释过程中识别干扰，必要时可以做文字说明。
图10 雷达测线布置图
3．1．2雷达数据剖面的尺寸调整
由于在数据采集过程中存在以下的情况：
①采用时间连续采集模式的时候天线走速不均匀，导致标记（等距离标记）之间的道数不
一样，甚至差别非常大；
②地表起伏比较大，容易在雷达剖上造成假象；
③由于直达波的存在，使得剖面的最顶部并不是地面的反映，使得深度产生误差。
针对以上的情况，需要进行尺寸调整，各功能模块如下：
距离正常化，该项功能允许你在标记（必须是等距标记）之间建立等长尺寸，也就是要求在标记之间每单位距离上的尺寸等同，或道数一样。
在没有测量轮的情况下以连续模式采集数时，天线移动速度难以保持恒速，这样就需要利用距离正常化的功能。联合标记或者距离标记（注：关于Mark数据库的性质与使用见软件说明书的的第二章）设定后，该项功能就会通过增或删的方式来修正每个标记之间的道数，当然同时也修正了采集速度（天线运行速度）。
参数输入框
注意：
①在运行该功能之前，必须确保标记信息是正确的（无重复标记，无丢失标记，首尾标记都存在，所有的用户标记都已经转化为距离标记或联合标记）。
②Scans/unit,unit/mark都必须在头文件中设置好，以便运行该功能。
③unit/mark是根据测量时的设定来设置的。
④Scans/unit需要用鼠标来清点每个标记之间的道数（注意：因为在雷达剖面中显示的是已经做了叠加处理的数据，若每个标志之间的道数为3，而叠加次数为16，则实际每个标志之间的道数为二者的乘积48，切记！！）
⑤该功能运行之后，原数据中在第一个标志之前的部分已经被cut off了。
可以通过水平尺寸缩放中的叠加，去除，添加功能来修改雷达数据。
参数设置对话框
注意每次只能这三项功能中的一个。
叠加（stacking）：使用该功能可以对数据进行简单的滑动平均处理。该功能就是将所指定的几道平均叠加之后输出一道数据。
去除（skipping）：选定此项，你可以将指定的道去除，比如，你输入参数1，就会每隔一道去除一道数据（因此，数据被压缩到原来的二分之一）
添加（stretching）：选择此项，将拓展水平尺寸。该功能将计算出每相邻两道的平均值（或指定道数），然后将平均道添加到已有数据中。
有时因为场地条件所限，我们不得不分部采集数据，在后处理中为了将各部分数据连接在一起，就要使用该功能了。
①选择File＞Append File.
②选择所要连接的各个文件。
③点击Done，完成连接，重新命名加以保存。
由于系统延时和直达波存在，使得整个剖面的最顶部并不是地面的位置。确定地面的位置，对于精确的深度定位来说非常关键，但是如何确定，目前还没有定论，下面列举三个常用的方法。
①根据RADAN介绍，百分之九十的情况下把直达波的第一个正峰位置作为地面。
②根据华东院资料，将直达波的第二个波瓣作为地面，如下图
③根据经验，可以在探测时在起始部位放置一根电缆，在后处理时在剖面上识别出该电缆，
这样就可以确定地面位置了。
下面以一个探测剖面为例说明一下这三种方法的用法与区别（如图11）：
图11 零线的确定
如图11，其第一个正峰位置是10.34ns，第二个峰值是14ns，而电缆位置是16.34ns，可见三者最大相差6ns,按照介电常数为8计算，深度偏差了30cm，对于超前预报来说该误差可以允许。而对于衬砌检测来说偏差较大，需要综合三种方法来分析。
在测线布置时会遇到地表起伏较大的情况，这就需要修正地表起伏对数据剖面的影响，进而可以使水平或接近水平状的反射体的反应更接近实际。通过输入标记的z值就可以实现该功能。
3．2 数据分析
数据处理是进行数据解释的基础，目前比较常用的处理方法有一维滤波，二维滤波，以及反滤波，这几种方法都是以傅立叶谱分析为基础的，傅立叶谱分析是将雷达数据由时间域转化为频率域，表现的是各种谐波频率的振幅分布，如图12。
图12 振幅频谱图
关于不同探测介质的振幅频谱特征，一下有几个结论（摘自杨峰资料）：
（1）水对高频电磁波具有很强的吸收作用，这与水离子导电是密切相关的，离子导电增加了介质的电导，而电磁波传播与电导和频率之间呈指数衰减关系。
（2）花岗岩不但对高频成份具有一定吸收，而且形成的振幅谱比较单一。
（3）在干燥的不均匀介质中，形成的振幅谱不但主频特征不明显，而且在天线的高端会形成一定的杂波信号。这可能是由于高频电磁波在不均匀介质内形成多次干涉造成的。干涉现象势必加宽信号的频带特征。具体的谱图如图13。
空气背景雷达频谱特征水背景雷达频谱特征
花岗岩背景雷达频谱特征干燥碎石背景雷达频谱特征
图13 不同介质的频谱图
由于大地介质的不均匀性，地质雷达发射的高频脉冲电磁波在地下传播过程中将发生强烈的衰减、反射、折射、绕射和散射，这些反射波、折射波、绕射波和散射波相互叠加在一起，为数据处理带来了巨大的困难；同时，为了得到更多的反射波特征，地质雷达通常利用宽频带进行记录，因此不可避免地记录下各种干扰噪声。如果噪声频率带与反射波频率带重叠或接近，利用傅立叶谱分析技术对这样的信号进行分析，有时难以取得理想的效果，严重
影响了图像解释的可信度和精度，进而影响了地质雷达的探测效果。而希尔伯特变换可以较好的解决这个问题，希尔伯特变换就是将记录道的信息直接在时间域上转化为瞬时振幅，瞬时相位，瞬时频率的技术。
复信号的瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率这3种瞬时信息，一般是指一个特定的瞬间，而不是一个时间段的平均。地质雷达信号记录道x(t)的复信号分析与地质雷达信号的傅立叶谱分析分别在时间域和频率域上对地质雷达信号的能量、频率和相位等参数进行分析检测，它们在振幅上无本质差别，而瞬时频率与傅立叶分析的频率不同，前者是分析全部谐波叠加波形的视频率，后者则是分析各谐波频率的振幅分布情况。两者既有区别，又有一定的内在联系。复信号分析技术与傅立叶谱分析技术的成果输出不同，它可以将地质雷达记录中的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率分离出来，得到同一个剖面的3个参数图，因而其解释方法与
质雷达信号总能量的平方根，利用这种特征便于确定特殊岩层的变化。当地层存在明显介质
波的能量强弱，它的相位都能显示出来，即使是弱振幅有效波在瞬时相位图上也能很好地显示出来。当电磁波在各向同性均匀介质中传播时，其相位是连续的；当电磁波在有异常存在
岩性变化，有助于识别地层，当电磁波通过不同介质界面时，电磁波频率将发生明显变化。这种变化可以在瞬时频率图像剖面中较为清晰地显示出来，在地下介质发生变化的时候，瞬时频率也会发生显著变化，需要指出的是，在反射层处瞬时频率的大小在数值上与反射波的主频对应的很好，所以可以利用瞬时频率的大小和稳定情况来判断地下介质的稳定性和岩性变化。对于同一探测对象，3种瞬时信息在同一位置发生明显变化就可能反映探测对象在该处的物性变化。因为在这3个参数中，瞬时相位谱的分辨率最高，而瞬时频率谱和瞬时振幅谱的变化也较为直观，所以通常根据瞬时频率谱和瞬时振幅谱来确定地下异常或分层的大概位置，然后利用瞬时相位谱精确确定异常位置和分层轮廓线。有些时候，也可以直接利用瞬时相位谱来确定地下异常的位置。
具体的分析实例见第五章。
第4章数据处理
数据处理是进行数据解释的基础，在RADAN中数据处理的方法非常多，应该在数据分析的基础上决定采取那些处理方法，采取怎样的处理步骤。针对不同的目标，有不同处理方法。
各种处理方法的使用方法和注意事项在下面具体讲述。
4．1 去除水平噪音
所谓的水平干扰信号，就是指水平带状干扰，通常具有低频特征，经常会干扰一些真实的反映体，如下图：
（a ）水平干扰
（b ）频谱图（可以看出低频干扰较多） 图1 水平带状干扰及其对应的频谱图
图2 水平干扰（可以看出剖面主要被水平信号覆盖）
滤波器长度应该先设为数据剖面的最大道数（应该为奇数），如果该数值超过225，则应该选择225。这样，在水平方向上长度等于或超过该值的特征将被执行滤波，而长度低于该值的特征受影响很小。
IIR 水平高通滤波器，其长度最大为255，所以长度超过该值的特征都将会被执行滤波，这是不可避免的；
②因为直达波也是水平信号，为了不对直达波产生影响，可以通过设置起始/终止样本点来圈定滤波区域，避开直达波。
滤波器长度应该先设为数据剖面的最大道数（应该为奇数），如果该数值超过1023，则应该选择1023。这样，在水平方向上长度等于或超过该值的特征将被执行滤波，而长度低
于该值的特征受影响很小。
FIR背景去噪滤波器，其长度最大为1023，所以长度超过该值的特征都将会被执行滤波，这是不可避免的；
②因为直达波也是水平信号，为了不对直达波产生影响，可以通过设置起始/终止样本点来圈定滤波区域，避开直达波。
因为水平干扰信号往往具有低频干扰，所以垂直高通滤波器可以进行相应的处理，具体滤波器设计需根据频谱特征来确定。
4．2 去除高频干扰
高频信号经常表现为雪花形状，对数据造成了较大干扰。可以通过垂直低通滤波，水平低通滤波，滑动平均滤波来进行处理。
垂直低通滤波分为IIR 和FIR形式，可以根据频谱图来确定具体的滤波参数。
其原理是当你输入一个非零值，由该值决定的道数会相加平均并将平均值赋予中间道，依次计算。所以参数值应该为奇数，一般情况设为5就可以很好的去除高频，平滑数据。
4．3 空间滤波
以上就是F-K滤波的流程图，首先经过快速傅立叶变换将时间域雷达数据转化为二维谱图，经过对二维谱图的分析，选择合适的参数进行快速傅立叶逆变换，得到处理之后的时间域雷达数据剖面。空间快速傅立叶变换滤波器，是一个二维的频率滤波器，在时空二维域中进行滤波。经常被称作频率－波数滤波，或f-k滤波（注：k就是波数的意思）。这种方法可以产生一个二维矩阵，代表了雷达波的相位和振幅。可以用此滤波器进行二维滤波以削减噪音干扰。
对已经变化的数据矩阵进行傅立叶逆变换，此时的滤波器会滤掉一些噪音。在技术上，通过逆变换，数据由频率域恢复到时间域。
相对于一维的垂直和水平滤波，F-K滤波的优点有：可以对信号和噪音进行更好的区分。信号和噪音或许在一维处理中会有所重叠，使得分离它们变得非常困难。但是二维滤波中的情况好的多。
该功能的对话框如下图：主要显示了二维谱图，滤波器参数设置，以及谱图的显示控制参数。其中谱图的竖轴代表了信号频率，横轴代表了波数（即每单位长度上波周的数目）。
Recalc按钮会将文件转化为二维谱图。谱图的显示参数可以控制谱图的显示质量，一旦谱图形成，可以用Gain，Zoom来增强显示效果，可以使用Scans，Samples来选择显示范围（显示范围也可以通过鼠标来控制）
设置滤波器参数可以开始快速傅立叶逆变换。
滤波器参数的意义和选择
·Min Freq最小频率，Max Freq 最高频率，这两项控制着滤波器的竖向分量。
·Alpha 和 Delta Alpha控制着水平分量，可以通过图中的直线在调整。
Alpha 代表着滤波器的对称程度，当两条直线关于中间直线对称时，Alpha的值接近于0，当Alpha 很高时，意味着两条射线不对称。
Delta Alpha 代表着射线之间的夹角，与反射体的线性尺寸相关。
滤波器类型的选择：该项决定了使用哪种空间快速傅立叶逆变换，总共有五种：
None: FFT文件不作任何修改被恢复，
High-Cut Horizontal: 仅两射线之间的部分被执行FFT逆变换。
High-Cut Vertical: 仅两射线之外部分被执行FFT逆变换。
High-Cut Vert Symm: 仅两射线之外部分被执行FFT逆变换（对称的）
8.天气雷达基数据标准格式(v1.0)
天气雷达基数据标准格式（V1.0版） 1 概述 1.1适用范围 本格式规定了天气雷达基数据文件的结构、命名、单位和参数范围，我国各型号天气雷达生成的基数据应符合本格式要求。 本格式适用于基数据的传输、存储和服务。 1.2数据类型定义 文中的数据类型定义均基于32位操作系统（如Linux/Windows ），主要包括： ? INT – 4字节整型 ? SHORT – 2字节整型 ? CHAR*N – N 字节字符型 ? FLOAT – 4字节浮点类型，符合IEEE754规范 ? LONG – 8字节整型 1.3基数据结构 基数据文件分为多个区块，每个区块描述一组信息。如站点配置块用来描述雷达站的信息，包括经纬度、天线架设高度等。 基数据可分为公共数据块和径向数据块两部分（整体结构见表1-1），其中： 公共数据块用于提供数据站点信息、任务配置等公共信息。（见第二章） 径向数据块用于存储天气雷达的探测资料，包括3个子块：径向头、径向数据头以及径向数据。（见第三章） 表1-1 基数据整体结构 注：N 表示第N 个仰角；M 表示第M 个径向；K 表示第K 个数据类型，数据类型定义详见表2-7；I 表 区块 内容 字节 Common Block 公共数据块 GENERIC HEADER/通用头 32 SITE CONFIGURATION/站点配置 128 TASK CONFIGURATION/任务配置 256 CUT #1 CONFIGURATION/扫描配置#1 ┊ CUT #N CONFIGURATION/扫描配置#N 256 ┊ 256 径向数据 块 Radial Block Radial 1 第1个径向 RADIAL HEADER/径向头 64 MOMENT HEADER #1/径向数据头#1 MOMENT DATA #1/径向数据#1 ┊ MOMENT HEADER #K/径向数据头#K MOMENT DATA #K/径向数据#K 32 I ┊ 32 I …… …… …… Radial M 第M 个径向 …… ……
探地雷达操作规程
探地雷达操作规程 （文件编号：****-010） 共1页第1页版本/版次：D/ 0 生效日期：2016-01-01 1. 目的 为了使检测员更好地熟悉和掌握检测仪器的操作方法，保证检测数据的科学、公正和准确性，特制定本规程。 2. 适用范围 适用于探地雷达仪器 3 操作步骤 3.1测试前的安装准备 检查所有部件是否带齐，包括：电池、雷达主机、数据线、处理器电源线、信号线、工具箱、备件、固定用绑扎带、记录本； 3.2试验/检测的工作程序 （1）测试连接。将地质雷达天线通过支架安装。 （2）在扫描前调试主机并对主机进行参数设置。 （3）打开电源，控制天线移动的人员根据操作主机的人员口令，将天线紧贴待测界面上匀速移动。 （4）测试结束。按下stop结束测试点，保存文件并退出； （5）拆除信号线，拆除天线，支架。 3.3扫描之前的仪器调试和参数设置 （1）菜单系统—>设置—>调用，选择所用的天线。 （2）系统—>单位垂直刻度设为时间，单位为ns （3）测程：900M天线探测混凝土的量程约为15纳秒，为使所有有效信号完全显示，一般设置为20ns （4）采样点数：一般设为512或1024 采样点数越多，扫描曲线越光滑，垂直分辨率越好。但是采样点数增大，使得扫 描速率下降 （5）每秒扫描数：64 （6）增益点数：2 （7）垂向高通滤波器：225MHz
（8）垂向低通滤波器：2500MHz （9）数据位：16位 （10）发射率：100 KHz，发射功率越高，采集速度越快，但若采集过高，易损坏雷达系统 （11）信号位置设为手动 （12）表面设为0 （13）调出完整的直达波（首波），调整延时参数 若检测结构与上次相同，可不再次设置以上参数，系统默认上次检测参数。 （14）增益设置为自动，增益函数手动设置，可以改变增益点数多少、并且可以调整各增益点的函数大小，进而调整信号强度。增益函数调整过大，在探测资料中可能 人为造成假象。设置方法为先设为手动，再设为自动。 编制/日期：批准/日期：
第二讲 国内外地质雷达技术发展状况
第二讲国内外地质雷达技术发展状况（历史与现状） 探地雷达的历史最早可追溯到20世纪初，1904年，德国人Hulsmeyer首次将电磁波信号应用与地下金属体的探测。1910年Leimback和Lowy以专利形式在1910年的专利，他们用埋设在一组钻孔里的偶极子天线探测地下相对高的导电性质的区域，并正式提出了探地雷达的概念。1926年Hulsenbeck第一个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路，指出只要介电常数发生变化就会在交界面会产生电磁波反射，而且该方法易于实现，优于地震方法[1,2]。但由于地下介质具有比空气强得多的电磁衰减特性，加之地下介质情况的多样性，电磁波在地下的传播比空气中复杂的多，使得探地雷达技术和应用受到了很多的限制，初期的探测仅限于对波吸收很弱的冰层厚度（1951，B.O.Steenson，1963，S.Evans）和岩石和煤矿的调查（J.C.Cook）等。随着电子技术的发展，直到70探地雷达技术才重新得到人们的重视，同时美国阿波罗月球表面探测实验的需要，更加速了对探地雷达技术的发展，其发展过程大体可分为三个阶段： 第一阶段，称为试验阶段，从20世纪70年代初期到70年代中期，在此期间美国，日本、加拿大等国都在大力研究，英国、德国也相继发表了论文和研究报告，首家生产和销售商用GPR的公司问世，即Rex Morey和Art Drake成立的美国地球物理测量系统公司（GSSI），日本电器设备大学也研制出小功率的基带脉冲雷达系统。此期间探地雷达的进展主要表现在，人们对地表附近偶极天线的辐射场以及电磁波与各种地质材料相互作用的关系有了深刻的认识，但这些设备的探测精度、地下杂乱回波中目标体的识别、分别率等方面依然存在许多问题。 第二阶段，也称为实用化阶段，从20世纪70年代中后其到80年代，在次期间技术不段发展，美国、日本、加拿大等国相继推出定型的探地雷达系统，在国际市场，主要有美国的地球物理探测设备公司（GSSI）的SIR系统，日本应用地质株式社会（OYO）的YL－R2地质雷达，英国的煤气公司的GP管道公司雷达，在70年代末，加拿大A－Cube公司的Annan和Davis等人于1998年创建了探头及软件公司（SSI），针对SIR系统的局限性以及野外实际探测的具体要求，在系统结构和探测方式上做了重大的改进，大胆采用了微型计算机控制、数字信号处理以及光缆传输高新技术，发展成了EKKO Ground Penetrating Radar 系列产品，简称EKKO GPR系列。瑞典地质公司（SGAB）也生产出RAMAC 钻孔雷达系统，此外，英国ERA公司、SPPSCAN公司，意大利IDS公司、瑞典及丹麦也都在生产和研制各种不同型号的雷达。80年代全数字化的GPR问世，具有划时代的意义，数字化GPR不仅提供了大量数据存储的解决方案，增强了实时和现场数据处理的能力，为数据的深层次后处理带来方便，更重要的是GPR 因此显露出更大的潜力，应用领域得以向纵身拓展。 第三阶段，从上个世纪80年代至今，可称为完善和提高阶段。在此期间，GPR技术突飞猛进，更多的国家开始关注探地雷达技术，出现了很多探地雷达的研究机构，如荷兰的应用科学研究组织和代尔夫大学，法国_德国的Saint-Louis 研究所（ISL），英国的DERA，瑞典的FOA，娜威科技大学和地质研究所，比利时的RMA，南非的开普敦大学，澳大利亚昆士兰大学，美国的林肯实验室和Lawrence Livermore国家实验室以及日本的一些研究机构等等。同时，探地雷达也得到了地球物理和电子工程界的更多关注，对天线的改进、信号的处理、地下目标的成像等方面提出了许多新的见解。GSSI公司在商业上取得了极大的成功，
激光雷达高速数据采集系统解决方案
激光雷达高速数据采集系统解决方案 0、引言 1、 当雷达探测到目标后, 可从回波中提取有关信息，如实现对目标的距离和空间角度定位,并由其距离和角度随时间变化的规律中得到目标位置的变化率，由此对目标实现跟踪; 雷达的测量如果能在一维或多维上有足够的分辨力, 则可得到目标尺寸和形状的信息; 采用不同的极化方法，可测量目标形状的对称性。雷达还可测定目标的表面粗糙度及介电特性等。接下来坤驰科技将为您具体介绍一下激光雷达在数据采集方面的研究。 1、雷达原理 目标标记： 目标在空间、陆地或海面上的位置, 可以用多种坐标系来表示。在雷达应用中, 测定目标坐标常采用极(球)坐标系统, 如图1.1所示。图中, 空间任一目标P所在位置可用下列三个坐标确定: 1、目标的斜距R； 2、方位角α；仰角β。 如需要知道目标的高度和水平距离, 那么利用圆柱坐标系统就比较方便。在这种系统中, 目标的位置由以下三个坐标来确定: 水平距离D，方位角α，高度H。 图1.1 用极(球)坐标系统表示目标位置
系统原理： 由雷达发射机产生的电磁能, 经收发开关后传输给天线, 再由天线将此电磁能定向辐射于大气中。电磁能在大气中以光速传播, 如果目标恰好位于定向天线的波束内, 则它将要截取一部分电磁能。目标将被截取的电磁能向各方向散射, 其中部分散射的能量朝向雷达接收方向。雷达天线搜集到这部分散射的电磁波后, 就经传输线和收发开关馈给接收机。接收机将这微弱信号放大并经信号处理后即可获取所需信息, 并将结果送至终端显示。 图1.2 雷达系统原理图 测量方法 1）.目标斜距的测量 雷达工作时, 发射机经天线向空间发射一串重复周期一定的高频脉冲。如果在电磁波传播的途径上有目标存在, 那么雷达就可以接收到由目标反射回来的回波。由于回波信号往返于雷达与目标之间, 它将滞后于发射脉冲一个时间tr, 如图1.3所示。 我们知道电磁波的能量是以光速传播的, 设目标的距离为 R, 则传播的距离等于光速乘上时间间隔, 即2R=ct r 或 2 r ct R
地质雷达培训
地质雷达学习资料 一．雷达理论基本要点 1.1地质雷达的波组特征 雷达天线发射的是子波而不是单脉冲，子波由几个震荡波形组成，占有一定的时间宽度，反射与折射波依然保持有原来子波的特点，只是幅值上有所变化。这里将雷达子波的周期、持续时间长度和衰减比三个参量作为子波的波阻特征。子波的频率成分与天线的主频相近，持续一个半到两个周期，后续振相略有衰减。例如对于100MHz天线的子波，持续时间可到15-20ns，对于1GHz的天线，持续时间约2ns。子波的波形的确定对于后期处理是非常重要的，它是小波处理的基础。有很多方法可以获得各种频率天线的子波，最简单的方法是利用金属板反射。将一块较大的金属板放置于地面上，发射与接受天线与金属板平行，相距为3个周期的时程，进行数据采集，即可获得子波记录。不同类型的雷达、不同型号的天线，雷达子波的形状是不同的。天线与介质的距离、介质的电导特性对子波的形态和特点也有一定的影响，应根据现场工作条件从记录中分离子波。从下边的记录中也可以辨认出子波的特征。表面反射波、内界面反射波都是近联各州其的衰减波形。对其进行分析可以得到子波的波组特征 为获得雷达探测的结果，需要对雷达记录进行处理与判读，判读是理论与实践相结合的综合分析，需要坚实的理论基础和丰富的实践经验。雷达记录的判读也叫雷达记录的波相识别或波相分析，它是资料解释的基础。在此首先介绍波相分析的基本要点。 1.2雷达波资料解释三要素 要点1：反射波的振幅与方向 从反射系数的菲涅耳（Fresnel）公式中可以看出两点，第一点，界面两侧介质的电磁学性质差异越大，反射波越强。从反射振幅上可以判定两侧介质的性质、属性；。第二点，波从介电常数小进入介电常数大的介质时，即从高速介质进入低速介质，从光疏进入光密介
雷达总结
雷达气象学是一门与大气探测、大气物理，天气系统探测相关联的学科 Radar：通过无线电技术对目标物的探测和定位。测定目标位置的无线电技术范畴 气象雷达:是用于探测气象要素和各种天气现象的雷达，“千里眼、顺风耳”。 雷达气象学：利用气象雷达，进行大气探测和研究雷达波与大气相互作用的学科，它是大气物理学、大气探测和天气学共同研究的一个分支。雷达气象学在突发性、灾害性天气的监测、预报和警报中具有极为重要的作用。 气象雷达的分类：探空雷达、测雨雷达、声雷达、多普勒雷达、激光雷达 南方：S波段为主，北方：C波段为主 雷达机的主要构成 RDA -雷达数据采集子系统RPG -雷达产品生成子系统PUP -主用户处理器子系统其次包括：通讯子系统、附属安装设备RDA 主要结构：天伺系统、发射机、接收机、信号处理器 定义：用户所使用的雷达数据的采集单元。 功能：产生和发射射频脉冲，接收目标物对这些脉冲的散射能量，并通过数字化形成基数据。 雷达的硬件系统！ RDA的扫描方式：雷达在一次体积扫描中使用多少角度和时间。 RDA的天气模式：1.晴空模式：VCP11或VCP21 2.降水模式：VCP31或VCP32 新一代雷达：降水模式 VCP：雷达天线体扫模式 RPG（雷达产品生成系统） 定义：（指令中心）由宽带通讯线路从RDA接收数字化的基本数据，对其进行处理和生成各种雷达数据产品，并将产品通过窄带通讯线路传给用户 功能：产品生成、产品分发、雷达控制台（UCP） PUP（主用户处理系统） 功能：获取、存贮和显示雷达数据产品。预报员通过这一界面获取所需要的雷达产品，并将它们以适当的形式显示在监视器上 用处：(1)产品请求(获取)，(2)产品数据存贮和管理，(3)产品显示，(4)状态监视，(5)产品编辑注释。 粒子对电磁波有散射，衰减，折射的作用 散射：当电磁波束在大气中传播，遇到空气介质或云滴、雨滴等悬浮粒子时，入射电磁波会从这些介质或粒子上向四面八方传播开来，这种现象称为散射现象。 主要物质：大气介质、云滴、水滴，气溶胶等。其它散射现象：光波、声波等 散射的类型：瑞利散射：d<<λ；米(Mie)散射：d≈λ 瑞利散射 散射函数或方向函数： 后向散射能量：雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷达方向（θ＝π）的那一部分能量，这部分能量称为后向散射能量。瑞利散射性质 ①粒子的散射能力与波长的四次方成反比。波长越短，散射越强。 ②粒子的散射能力与直径的6次方成正比。粒子半径越大，散射越强。 ③粒子的前向散射和后向散射为最大，粒子无侧向散射。散射截面为纺锤形。 散射截面或后向散射截面 定义：设有一个理想的散射体，其截面为σ，它能全部接收射到其上的电磁波能量，并全部均匀地向四周散射，该理想散射体散射回雷达天线处的电磁波能流密度，恰好等于同距离上实际散体返回雷达天线的电磁波能流密度，则该理想散射体的截面σ就是实际散射体的后向散射截面。 意义：用来表示粒子后向散射能力的强弱。后向散射截面越大，粒子的后向散射能力越强，在同样条件下，所产生的回波信号也越强。 反射率η：单位体积内全部降水粒子的雷达截面之和。 反射率因子（Z）：Z的不同取值，意味着不同天气状况。通常Z的取值从0dBz~70dBz，因此要求天气雷达必需有非常大的检测范围。新一代天气多普勒雷达的接收机动态范围是90~100dBz以内。
探地雷达毕业报告
地球物理与空间信息学院应用地球物理系 毕业实习报告 题目：探地雷达实习报告 姓名：胡浩 班级：061071-22 学号：20071002609 指导教师：邓世坤 二○一一年四月二十二日
前言 探地雷达是利用超高频脉冲电磁波探测地下介质分布的一种地球物理勘探方法。实践证明，它可以分辨地下1m尺度的介质分布，因此探地雷达方法以其特有的高分辨率在浅层于超浅层地质调查中有着极其广阔的应用前景。 探地雷达利用一个天线发射高频宽带电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播的时，其路径、电磁场强度于波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收到的波的旅行时间、幅度、与波形资料，可推断介质的结构。 第一章探地雷达的探测原理 探地雷达探测是一种快速、连续、非接触电磁波探测技术，具有采集速度快、分辨率高的特点。探地雷达向地下发送脉冲形式的高频宽带电磁波，电磁波在地下介质传播的过程中，当遇到存在电性目标体时，如空洞、分界面时，电磁波便会发生反射，返回到地面时由接收天线所接收；对接收到的电磁波进行信号处理与分析，根据信号波形、强度、双程走时等参数来推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标体的探测。 如图A所示，由发射天线向地下介质中发射一定中心频率的电磁脉冲波，电磁波在地下介质中传播时，遇到介质中的电磁性（电阻率、介电率及磁导率）差异分界面发生反射和透射等现象；被反射的电磁波传回地表，由接收天线接收；通过电脑进行操作和控制；接收天线所接收的地下反射回波信号经由光纤传输到仪器控制台，转换成时间序列信号；这种时间序列即构成每一测点上的雷达波形记录道，它包含该测点处所接收到的雷达波的幅度、相位及旅行时间等信息。由电脑收集并存储每一测点上雷达波形序列，形成一个由若干记录道构成的雷达剖面（见图B）。通过对地质雷达剖面进行处理与推断解释，便可获得探测剖面线下方有关的地质特征与信息（或地下目标体的内部结构特征信息）。
瑞典MALA探地雷达采集软件Groundvision2快速使用指南V2012.12
瑞典MALA探地雷达采集软件快速使用指南 白雪冰V 2012.12版 1、将雷达系统与电脑连接成功后，等大约5~10秒钟，这时候电脑的本地连接提示“连接受限制或无连接”，不 用担心，它不影响雷达系统和电脑的连接，直接点击电脑桌面的采集软件快捷方式进入到采 集软件的界面下，如果这时雷达系统与电脑连接正常的话，窗口界面工具栏的变为红色； 2、点击电脑键盘的“M”键(关掉输入法)，进入到的窗口下进行测量任务的设置： ①首先点击，选择你要存储测试数据的路径，建议在采集前，先在电脑硬盘分区里 建立好测试数据的存放文件夹； ②然后点击，如果天线的光纤模块或高频模块在主机的“Slot A”位置，就选择， 如果在“Slot B”，就选择，接着选择该模块的数据通道，因为我们的ProEx主机标准配置是双通道，所以有四个数据通道，“Internal”表示此模块连接天线的电磁波信号自发自收的数据通道，“External”表示此模块的天线接受另外一个模块天线的发射信号，称为它发我收的数据通道，一般来 说我们都是选择“Internal”自发自收的数据通道，选择完毕后一定要在后面的点上“勾”，表示激活此通道； ③选择下拉条里天线，模块上连接的是什么天线就选择什 么天线，如果不知道天线的型号，可以在每个天线的铭牌上查到天线型号，对应选择就是； ④选择测量方式： “Wheel”表示用测距轮触发的方式采集数据(适合于测试现场表面平整的情况)， “Time”表示用时间触发的方式采集数据(适合于测试现场表面不平整的情况)， “Keyboard”表示用点击电脑的回车键触发采集数据(适合于超前地质预报或野外勘察等深部探测的情况)，“Wheel”和“Time”都属于连续测量，建议尽量用“Wheel”测量方式；“Keyboard”属于点测，超前地质预报或地质勘查都必须使用点测； 选择“Time”和“Keyboard”则不需要进行以下⑤和⑥的选择； ⑤如果是选择“Wheel”的测量方式，就要选择里的测量 轮文件： 250MHz、500MHz、800MHz天线的直径150mm的测量轮文件是， 250MHz、500MHz、800MHz 天线的MALA测链的文件是 1200 MHz、1600 MHz、2300 MHz天线的单测量轮的文件是 如果是车载天线测试路面，则需要先校准一个以汽车轮胎为测量轮的文件，然后选择； ⑥接着选择里测距轮的信号来源位置，如果测距轮文件是 150mm的测量轮文件或MALA测链的文件，就选择“Master wheel”，如果测距轮文件是单测量轮的文件，高频模块在主机的“Slot A”位置，就选择“Slot A wheel”，高频模块在主机的“Slot B”位置，就选择“Slot B wheel” 3、点击进入到接收信号参数的设置窗口： ①里显示的是雷达主机当前通道连接的天线的发射和接受天线的偶极子
ReflexW读取GSSI劳雷探地雷达dzt文件及信号处理方法
ReflexW读取GSSI劳雷雷达数据和处理方法 Dr.Zhang/ 2020.2.21 1雷达数据 1.1雷达数据文件 探地雷达的采集原理类似于地震，老一点的数据格式一般跟地震一样都是segy。后来 GSSI 公司的 TerraSIRch SIR3000地质雷达系统(简称SIR-3000) 在国内普及起来后，格式dzt就成了主流格式（美国SIR系列探地雷达的数据格式）。现在最新的情况是国内生产单位还是美国最多，其次是加拿大和意大利的。 国内其他常用的GPR数据还包括：DT格式（意大利RIS系列探地雷达的数据格式），DT1格式（加拿大Pulse-Ekko 系列探地雷达的数据格式）以及RD3格式(瑞典MALA系列探地雷达的数据格式)。 1.2 雷达文件dzt数据 目前主要是劳雷GSSI SIR 3000和SIR 4000的数据格式。 2REFLEXW软件简介 2.1 REFLEXW软件简介 本文基于MATLAB开发的GUI界面，主要实现了REFLEXW软件的相应功能。 REFLEXW是地质雷达数据（类地震）数据处理及解释软件，应用于地质雷达的数据处理以及资料解释。Reflexw软件兼容了世界上大多数雷达的数据格式，在欧美地区，Reflexw已经成为了地质雷达数据处理的标准软件。随着地质雷达行业的发展，在国内也越来越多的人开始使用Reflexw软件。 软件特点：功能强大，可做多种滤波处理可对个雷达数据进行批量处理导入GPS数据，可绘制测线轨迹、修正地形可显示测线中的标记对不需要的雷达数据可进行删除可做2D剖
面处理和3D时间切片处理。 2.2 REFLEXW软件功能分析 通过REFLEXW软件，可以实现对探地雷达数据的读入，一维滤波，校正，二维滤波，波形图观察等功能，REFLEXW提供了较为全面的滤波手段，可以将探地雷达图谱处理的更加容易观察 在REFLEXW软件中，在显示数据方面，也同样提供了大量的处理方式。其中，最主要的处理方式为Plot Options。在Plot Options选项中，包括了绘图模式，点模式比例，能量衰减和振幅比例。其中，点模式比例又分为了XY比例绘图，每样点像素，每道像素，能量衰减，振幅比例。以上的这些选项，在用户导入探地雷达图谱之后，可以对图谱进行一个基本的预处理，或者通过不同的方式来观察图谱。 3 读取.dzt文件 3.1 建立预处理的工程文件 雷达信号分析时会产生一系列的文件，因此最好为每个雷达文件建立一个工程，并指定其存放位置。ReflexW会自动生成相应的文件。 图3.1 建立工程(project -选择文件-confirm)
一般地质雷达数据处理步骤
一般地质雷达数据处理步骤
分界面厚度变化时可用此法，一般不用2）有倾斜地层时可用此法3）使钢筋显示更清楚用此法⑹主要用此法的地方1）测工字钢个数，埋深，形态，间隔2）测空洞3）测钢筋网个数 1.反褶积、一维频率滤波（取默认值。垂直方向上出现一串时（等间隔的多次 波）用此）。Process→Deconvolution；Process→IIR Filter. 2.偏移归位Process→Migration，选择偏移类型kirchhoff，调整曲线形态。 3.希尔伯特变化Process→Hilbert Xform，选phase显示瞬态相位信息。 4.添加地面高程信息，并利用高程归一化函数进行处理。Process→Surface Norm。 5.静态校正Process→Static，mode选择manual手动调整方式。 6.文件拼接。打开Radan软件，选择File→Append files。 7.通道合并，多通道资料对比分析。打开Radan软件，选择File→Combine channels。 8.交互式解释View→Interactive，生成*.lay文件。 步骤1）点2）如果从没解释时就选generate new pick file，如果是在原来的基础上对此文件进行解释就选pick file找到lay文件3）选目标体（如钢筋类的， 解释后可以看出有多少根）：①在剖面上点右键---target options—new target—双击目标体名字----然后在target parameters里改各个要改的参数②在剖面上 点右键---pick options---在pick options里填参数（若拾取工具选block时，在剖面上选一块然后点右键然后加点，）4）选分层①在剖面上点右键----layer options---改layer options里的参数然后确定②在剖面上点右键---pick options---在pick options里填参数（若拾取工具选block时，在剖面上选一块然后点右键然后加点，若当中有空的没有连起来则点右键，插值）5）在剖面上点右键----spreadsheet（表格）6）在剖面上点右键----save changes---current file---保存为lay文件7）用excel打开此lay文件（打开时分割符号选tab键和逗号），打开后去掉头文件然后画图。 速度的选取：在剖面上点右键---ground truth（钻孔）----z（分界面距地面的埋深） 9.绘制地质剖面图.利用电子表格Excel或者Surfer 8软件绘制地质图件。 一：连接文件 File----append files----把每个文件双击------done 二：单个文件宏处理 1）打开文件 2）New macro---保存为宏文件cmf
雷达反演与信号识别05-1129
雷达反演与信号识别 彭苏萍、杨峰（矿业大学） 邵丕彦张佰战（铁道科学院） 一、研究的意义 地质雷达探测是近些年发展起来的一项高新技术，该技术利用主频为数十兆赫至千兆赫波段的电磁波，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过天线发射器发送至地下，经地下目的体或地层的界面反射后返回地面，为雷达天线接受器所接受，通过对所接受的雷达信号进行处理和图像解译，达到探测前方目的体的目的。由于地质雷达探测速度快、精度高，以及对原物体无破坏作用，所以在这种方法在工程水文地质、工程无损检测、环境和地下水调查等诸多领域得到广泛的应用 铁路是我国重要的交通枢纽，铁路建设的长度也是一个国家经济发展的标志之一。近年来，我国铁路建设的增长速度很快。尤其2000年初，党中央、国务院批准了关于西部大开发展战略的初步设想，在此方针政策的指导下，随即拉开了西部铁路建设的序幕。洛湛铁路、渝怀铁路、青藏铁路等线路先后开始建设。铁路建设施工质量是困扰铁路快速发展的一个方面，也是直接影响到将来铁路运营是否通畅的一个关键，更是影响国民经济发展一个重要因素。因此对铁路建设的施工质量检测是亟待解决的难题。为此，铁道部成立工程质量监督站，对铁路的施工质量进行全面监督。 铁路建设的施工质量检测主要包括以下方面： 1、隧道衬砌厚度检测。检测衬砌的施工厚度是否达到设计要求。 2、隧道衬砌质量检测。检测衬砌内部的施工质量，如施工的裂缝发育程度、施工钢筋加固部位及是否发生形变等。 3、隧道衬砌回填质量。是否采用片石回填、衬砌与岩石间是否存在空洞等，为隧道的注浆加固提供依据。 4、铁路路基的病害探测：探测铁路路基下方是否存在空洞、软基等影响路基质量的病害。 5、铁路路基施工质量检测：检测铁路路基是否按设计要求进行铺设等。 6、铁路路基在运营过程中是否产生塌陷，路基质量是否受到损害。 7、铁路挡墙施工是否达到设计要求。 8、铁路挡墙内部施工质量是否存在空隙等病害。 对施工质量的评价，可以采用钻孔取样的方法实现。但是钻孔取样存在以下明显缺点：首先它破坏施工工程的完整性；其次仅凭借一孔之间，很难对整个工程的质量做出全面的评价；第三费用高、速度慢。由于以上原因，目前的质量检测多采用地球物理的方法来进行。地球物理技术经过几十年的发展，方法、技术、设备越来越成熟可靠。目前常用的技术有：声波探测、地震探测、电法探测、放射性探测、电磁波探测等。对于铁路施工质量检测存在以下限制条件：1、可操作的空间较小，这就要求设备具有小巧灵活的特点，只有这样才能满足现场工作的需要；2、质量检测是一种近距离小异常探测，这就要求设备的精度很高，同时具备较高的分辨率。 地质雷达探测技术属于高分辨率的探测仪器，它利用高频宽带天线作为发射源，同时利用高频宽带天线对反射的信号进行接收。主频信号一般都在10MHz以上。雷达探测技术的高分辨率主要表现在以下三个方面： （1）高频特性：雷达发射电磁波的主频越高，其波长越短，因此它的空间分辨率越高。例如：采用500MHz主频的天线进行探测，如果电磁波在某介质中的传播速度为0.1米/纳秒，其波长为0.2米，若取1/8波长作为其分辨率，那么从理论上说主频500MHz电磁波的分辨率为0.025米。同样如果采用1000MHz主频的天线进行探测，它的理论分辨率可以达到0.0125米。 （2）宽频特性：雷达发射电磁波的主频越宽，它的空间分辨率越高。在实际工作中，我们希望能
激光雷达在电力巡检的创新应用
除了通道排查树障以外，雷达在通道中还有哪些创新点，对运维有哪些帮助？ 应用机载激光雷达技术进行输电线路巡检的优势如下： 1、能够快速获取线路走廊高精度的三维空间信息及高分辨率的真彩色影像信息，可实现线路交叉跨越高度、树高房高、线路与周边地物空间距离的高精度实时测量等； 8、结合电塔三维模型、线路走廊三维地形地物数据以及收集的线路属性参数，还可以辅助实现线路资产管理，与智能电网方案结合，效果更好。 9、可根据巡检不同的技术要求，集成可见光相机／多光谱相机／红外相机。 后台数据处理后，软件有哪些模块可以实际运用？
数据处理巡检分析一体化软件集航迹解算、点云分类处理、影像处理及线路巡检分析为一体，可操作性强，简单易学。该软件功能模块主要包括线路当前工况缺陷分析检测、净空排查、线路交叉跨越分析、塔杆定位、塔杆倾斜测量分析、杆塔位移监测、弧垂分析、线路不同工况模拟及检测，软件内置国网线路安全运行规程等，支持自定义配置规程参数并自动分析报告输出，可根据实际需求灵活使用。 巡检效率 1、由上两图可见，对于10km的线路长度，30分钟即可采集完所有数据；50分钟 内即可生成巡检报告，获取通道内的净空数据，外业人员可及时联系相关人 员，在短时间内，排除净空障碍隐患。这种效率是传统人工巡检无法做到的，
以下是具体比较： 无人机载激光雷达电力巡线社会经济效益一览表
2、巡线数据真实可靠性：由于传统的人工巡线很难确保巡线人员能够百分之百到 达位置，即使是使用GPS“打考勤”，也不能确保巡线人员对每个检测点都 进行认真可靠的检测。因此，对于数据收集的可靠性上，使用无人机搭载激 光雷达，是更具备真实客观性。 1、数据预处理功能：包括全息数据导入、航迹姿态数据处理、激光点云数据解算、激光点云/高清影像/红外图像等精确匹配等； 数据预处理功能主要应用到的坐标转换如下。 （1）扫描仪局部坐标到IMU坐标转换；
机载激光雷达数据后处理软件(LiDAR_Suite)简介
机载激光雷达数据后处理软件（LiDAR_Suite）简介 LiDAR_Suite是武汉天擎空间信息技术有限公司在国家高新技术发展计划项目基础上，开发的具有完全自主知识产权的机载LiDAR 数据后处理软件（如图1）。 图1：LiDAR_Suite 系统界面 LiDAR_Suite 综合考虑了当前机载激光雷达数据处理与应用的实际，形成了一套从原始点云数据到高质量行业产品、成熟高效的机载LiDAR数据处理工艺流程。LiDAR_Suite 功能齐全，性能稳定，提供了涵盖机载激光雷达数据预处理、基础共性处理和专业应用处理等三个处理层次的丰富功能。具体包括： 1)机载LiDAR 点云数据、影像、矢量及DEM 等多源空间数据的存取与可视 化，提供了和主流LiDAR 数据处理软件、遥感影像处理软件以及GIS软件的数据接口； 2)机载LiDAR 数据质量控制；机载LiDAR 系统检校、点云数据精度评价 和点云数据的无缝航带拼接； 3)海量点云数据的工程化组织管理及其自动批处理；集群环境下的点云数据快 速处理； 4)多种点云数据的自动滤波、分类算法，基于多模式和多视图的点云编辑精细
分类，多模式和可视化的分类精度评价； 5)基于机载LiDAR 点云的高质量数字高程模型和等高线生产； 6)面向机载LiDAR 同机航空数码相机的整区域快速正射影像生产；机载 LiDAR点云与非同机遥感影像的配准； 7)电力行业应用：电力线提取与建模、电力设施周边地物要素采集、危险点间 距量测等； 8)数字城市应用：独立的子模块Building Modeler，实现城市建筑物三维模型的 自动、半自动建立。 LiDAR_Suite采用了当前机载LiDAR最新数据处理技术，采用了模块化设计思想以及插件集成技术，在可视化、人机交互、易操作性、处理精度与效率等方面与现有商业化的主流机载激光雷达数据处理软件相比均具有一定的技术优势，并提供了灵活方便的、面向行业的二次开发功能。LiDAR_Suite兼顾了先进算法自动化处理和人机交互的作用，使系统更具实用性；面向专业应用提供了测绘生产、数字城市建模、电力行业应用等功能。目前，该软件已应用于实际的高精效测绘生产中，完成从原始点云数据到基础测绘产品生产（含DEM、DOM、等高线、部分DLG）以及产品精度评价的全部流程，效果良好（图2为数据生产工程管理示意图，图3为多模式和多视图的点云精细分类编辑示意图，图4为点云自动分类结果，图5为高精度DEM渲染结果，图6为电力悬链线的提取与建模，图7为建筑物半自动建模）。目前，LiDAR_Suite的生产处理成果已应用于国土、交通、水利等领域，并可望在更多领域如资源、环境、灾害、电力、农林等得到广泛应用。
美国GSSI地质雷达隧道超前预报介绍与资料处理
美国地质雷达隧道超前预报工作介绍目前我们国家地下隧道建设工作量大，地质条件复杂，有灰岩地区、花岗岩地区、黄土高原、第四季覆盖等等。 隧道开挖中常常遇到岩溶发育、出现大的空洞，充水或者充泥，有时地下暗河发育；也会遇到构造带，或者岩石破碎，同时地下水发育，这给隧道开挖和建设造成很多困难，同时也给隧道运营造成一定的隐患。因此需要采用一定的手段对这些地质构造和地质灾害进行探测和预报，提前采取措施来排除灾害。 工作任务 为了能够探明隧道开挖面(俗称"掌子面")前方的地质构造，通常采用多种方法进行综合分析、探测、预报。常见的方法有：地质分析，地球物理探测(声波法、直流电法、电磁波方法)，钻孔方法，或者超前导洞等等。采用各种地球物理方法进行探测，分别给出探测结果，综合地质构造情况，进行综合解释，给出掌子面前方的地质构造和可能的地质灾害信息。 探测前提条件 隧道开挖中遇到的地下材料或者介质，主要有石灰岩、花岗岩、大理岩、砂岩、第四季覆盖、沙土、黄土，还有地下水、空洞等等。由于这些材料的物理性质有很多种，比如密度、导电率、介电常数、磁导
率等等。 声波超前预报。由于密度不同、声波传播速度不同，可以采用声波法进行探测，出现了地震波超前预报。 直流电法超前预报。根据导电率的差异采用直流电法，预报掌子面前方材料的导电率差异，尤其是含盐份的地下水表现为良导体、而空气为高阻体； 地质雷达预报。根据导电率、介电常数、磁导率的差异，采用地质雷达高频电磁波方法进行探测，获取掌子面前方材料的介电常数差异信息， 瞬变电磁预报。由于岩石、土壤、水、空气的电磁响应不同，采用瞬变电磁方法探测材料的差异。 目前这4种方法在隧道超前预报中都有使用，尤其是地质雷达超前预报方法得到了普遍使用，利用地质雷达方法在隧道掌子面上进行探测，对隧道开挖超前预报，下面介绍这部分内容。 探测仪器 地质雷达方法通常采用高频电磁波发射法工作，频带范围为几兆赫兹到几千兆赫兹，不同的频率探测深度不同，低频电磁波探测深度较大，因而出现了不同中心频率的天线，商业地质雷达通常采用窄脉冲宽频带电磁波信号工作，一般情况下100兆天线在土壤、破碎的岩石、基岩上探测深度范围从几米到十几米甚至30米左右。 目前隧道开挖地质超前预报距离正好是要求在十几米到30米左
双波长激光雷达反演技术
双波长激光雷达反演技术 John F. Potter 提出一种用于反演激光雷达回波的数据分析技术并用模拟数据进行测试。这种技术需要同时有两个频率上的雷达回波，且满足以下假设：()1在激光光束路径上后向散射与消光的比值不随空间发生改变()2在激光光束路径上，两个不同频率脉冲的消光因子之比也不随空间发生改变。当雷达脉冲路径上大气分子的散射可被忽略，且气溶胶是由同一种粒子组成时，这些假设可以成立。模拟数据对应的是激光雷达探测1km内光学厚度为1的均匀分布的气溶胶的探测数据。通过分析能确定的物理量有透过率T，两个频率的消光因子之比k及两个频率上的消光廓线。这些量中的误差严重依赖于数据中的噪声水平。当用100个激光脉冲平均来减少噪声时，T和k的有效误差分别为1.93和1.54%，消光廓线中的最大误差为6%。附录将会对考虑大气分子三者的情况进行合理的扩展。 β Ⅰ.介绍()R α之类的大通过数学方法反演激光雷达回波以获得例如后向散射系数和消光系数()R 气光学特性系数廓线是激光雷达研究中长期存在并亟待解决的问题。如果能够有独立探测雷达脉冲路径上某些点的消光系数或整条路径上的总透过率的探测方法那我们就能够得到反演数据，但是通常我们并没有这样的探测方法。 在没有辅助数据的情况下，为了得到结果许多方法被开发出来。它们都涉及到对大气的物理性质的假设。在时下最流行的斜率法中通过假设α是在一定间隔内围绕雷达脉冲路 α。Klett已经详细地讨论过这种方法及径上距离为R的某一点的常数以估计这一点的()R 其相关的方法。Spinhirn e等人提出了一些稍微不同的方法。在这种方法中雷达回波通过对不同仰角的探测而获得，例如斜径，且这些反演是在基于假设大气在水平方向上是一致的情况下做出的。 上述的方法都依赖于一些假设假设，即假设气溶胶有某一特定密度分布。由于气溶胶的分布可变性很强，因此对不使用这些假设的方法的研究是一热点问题。 本文要介绍的就是这样一种方法，它需要两个频率上的模拟雷达回波，并且基于以下假设： ()a在激光光束路径上后向散射与消光的比值在空间上平均分布。
探地雷达成像算法研究综述
探地雷达成像算法研究 摘要 探地雷达(Ground Penetrating Radar,简称GPR)集无损检测、穿透能力强、分辨率高等众多优点而成为检测和识别地下目标的一种有效技术手段。性能优良的探地雷达成像方法有助于精确定位地下目标，同时提高对目标的检测和识别能力，从而推动探地雷达在城市质量监控、地质灾害、考古挖掘、高速公路无损检测、地雷探测等各个方面得到更广泛的应用。 本文以中国电波传播研究所的探地雷达LD-2000为实验设备，从中读取探测数据。以MATLAB为软件平台，实现了探地雷达数据的显示、处理、成像几个部分。其中数据显示方式包括数据的波形堆积图，剖面面色阶图以及带数据波形图；数据处理部分包括直达波的去除、背景噪声的去除、振幅增益等；雷达成像算法部分主要采用波前成像算法和投影层析成像算法。
Imaging Algorithm of Ground Penetrating Radar ABSTRACT GPR (Ground Penetrating Radar, referred GPR) set of non-destructive testing, penetration ability, many advantages of high resolution detection and identification of underground and become the target of an effective technical means. Excellent performance GPR imaging approach helps pinpoint underground targets, while increasing the target detection and identification capabilities, thereby promoting the quality of ground penetrating radar surveillance in the city, geological disasters, archaeological excavation, highway nondestructive testing, mine detection, etc. aspects to be more widely used. In this paper, China Institute of Radiowave Propagation GPR LD-2000 for the experimental apparatus, reads probe data. MATLAB as the software platform to achieve a ground-penetrating radar data display, processing, imaging several parts. Wherein the data includes a data waveform display stacked, with a cross-sectional side view and a gradation data waveform; data processing section includes the removal of the direct wave, the background noise removal, the amplitude gain, etc.; radar imaging algorithm some of the major imaging algorithm and the wavefront projection tomography algorithms.
无人机激光雷达扫描系统
Li-Air无人机激光雷达扫描系统 Li-Air无人机激光雷达扫描系统可以实时、动态、大量采集空间点云信息。根据用户不同应用需求可以选择多旋翼无人机、无人直升机和固定翼无人机平台，可快速获取高密度、高精度的激光雷达点云数据。 硬件设备 Li-Air无人机激光雷达系统可搭载多种类型扫描仪，包括Riegl, Optech, MDL, Velodyne等，同时集成GPS、IMU和自主研发的控制平台。 图1扫描仪、GPS、IMU、控制平台 无人机激光雷达扫描系统设备参数见表格1： 表格 1 Li-Air无人机激光雷达扫描系统 图2 八旋翼无人机激光雷达系统图3 固定翼无人机激光雷达系统 设备检校
公司提供完善的设备检较系统，在设备使用过程中，定期对系统的各个组件进行重新标定，以保证所采集数据的精度。 图1扫描仪检校前（左）扫描仪检校后（中）检校前后叠加图（右） 图4（左）为检校前扫描线：不连续且有异常抖动；图4（中）为检校后扫描线：数据连续且平滑变化；图4（右）为检校前后叠加图，红线标记的部分检校效果对比明显。 图5从左至右依次为校正前（侧视图）、校正后（侧视图）、叠加效果图图5（左）为检校前扫描线：不在同一平面；图4（中）为检校后扫描线：在同一平面；图4（右）为检校前后叠加图。 成熟的飞控团队 公司拥有成熟的软硬件团队以及经验丰富的飞控手，保证数据质量以及设备的安全性，大大节约了外业成本和时间。
图6无人机激光雷达系统以及影像系统 完善的数据预处理软件 公司自主研发的无人机系统配备有成套的激光雷达数据预处理软件Li-Air，该软件可对无人机实时传回的激光雷达数据进行航迹解算、数据生成、可视化等。 图7 Li-Air数据预处理功能 成功案例 2014年7月，本公司利用Li-Air无人机激光雷达扫描系统进行中关村软件园园区扫描项目，采集园区高清点云以及影像数据。飞行高度200m，点云密度约50点/平方米，影像地面分辨率为5cm。通过POS数据解算，完成对点云和影像数据的整合，得到地形信息和DOM等。