时间：2023-01-18 22:07:51
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇雷达技术，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】认知雷达 环境感知 自适应发射
雷达是一种广泛用于监视、跟踪和成像应用的遥感系统，军、民用均可。传统雷达通常采用固定的发射信号，通过接收端的自适应处理及滤波算法的设计来提高性能。由于雷达的测量、分辨性能和杂波中目标的检测在很大程度上取决于发射的波形，对于日益复杂的战场环境及密集杂波、多目标背景等挑战，发射波形固定，当环境发生变化时，紧靠接收端的自适应已难以获得理想的效果。
而事实上，自雷达开机之刻起，通过电磁波的作用，雷达就与其周围环境变成一个紧密相连的整体了，在这一意义上环境对雷达回波有着强而连续的影响，由于雷达环境是非静止的，因此不断感知并更新环境状态估值，实现雷达与探测环境的自适应互动，才能真正实现智能化探测。这也正是认知雷达的核心思想。
认知雷达是一种智能雷达，是公认的未来雷达。它的主要特点是引入雷达闭环系统：雷达通过先验信息设计发射波形，波形经过环境反射，携带着环境信息被雷达接收，雷达从回波中提取更多的信息作为下一次发射的先验信息，设计下一次的发射波形，如此循环。认知雷达可以全方位提高雷达性能，因此认知雷达正成为将来科技研究的重点方向个热点领域。
1 认知雷达的概念
受蝙蝠回声定位系统及认知过程的启发，国际著名信号处理专家Simon Haykin 于2006年首次提出了认知雷达的概念。要让雷达具有认知性，就必需将自适应扩展到发射机。通过发射-接收电磁波感知环境，利用它与环境不断交互时得到的信息，结合先验知识和推理，不断地调整它的接收机和发射机参数，自适应地探测目标，从而实现随时随地自动发现、锁定、跟踪、管理和评估目标。
认知雷达的结构框图如图1所示，认知雷达系统应能够主动地感知环境，并形成一个融发射机、环境和接收机为一体的动态的闭合反馈环路。
认知雷达工作包括三个基本特征：接收机的贝叶斯推理，用于保存信息；从接收机到发射机的反馈，用于智能控制；发射机的自适应处理。
2 认知雷达的关键技术
认知雷达的探测方法与常规雷达系统相比具有优点，即不执行某种预设方案，而是采用自适应算法智能地选择波形参数从而适应射频环境。认知雷达能从环境中学习，智能地改变发射波形。认知技术是认识雷达的核心，也是其与常规雷达相比最大的区别。
认知雷达的关键技术包括：
（1）智能的信号处理。它建立在雷达通过与周围环境交互进行学习的能力之上，其主要任务是通过与环境的不断交互，获得并提高雷达对环境的认知。
（2）从接收机到发射机的反馈，这是智能的推进器。接收机截获雷达信号，经智能信息处理得到目标信息，然后将其反馈给发射机，使得发射机能够自适应调整发射信号，以期望提高整机性能。
（3）雷达回波数据的存储。通过更多雷达回波的积累效果，以提高雷达认知环境的精确程度，这是通过在跟踪期间使用贝叶斯目标探测方法实现的。
3 认知雷达的处理
3.1 认知雷达工作方式
图2描述了认知雷达的工作方式。
系统首先采用数据库根据先验目标信息来识别频段和感兴趣的子频段，指出目标可能响应的射频（图2a）内的谱区域。该数据库还用于存取已知的射频系统波形类型，从而令认知非线性雷达避免干扰其它射频系统以及被其它射频系统所干扰。
然后，系统无源地扫描射频环境，从而获取噪声、射频干扰和已知射频系统的波形（图2b）。然后根据由无源扫描获得的发射机和接收机频率上的射频干扰和噪声功率电平来选择雷达波形参数；同时系统还可以根据某种先验的目标信息（由数据库提供）选择雷达波形参数，为解决多目标优化难题，使用自适应算法选择雷达波形参数。
然后，雷达探测信号照射环境，再测量雷达回波（图2c）。
之后，处理测得的雷达回波，证实感兴趣的目标存在或不存在。
再根据下面三点为下一个循环选择新的雷达波形参数：射频干扰和噪声的无源测量；某种先验的目标和数据库信息；基于前一个循环的感兴趣目标的似然性。
因此，对一个给定的循环，新雷达波形的频率可以变到一个新子频带（图2d）上以验证感兴趣的目标。
3.2 认知雷达的处理构架
认知非线性雷达的处理框架见图3所示。
雷达系统组成包括多部接收机，对这些接收机进行编组，可分为两类：
（1）阵面无源频谱接收机。
（2）雷达接收机。无源频谱接收机感知射频环境，探测电磁干扰。系统采用多部无源接收机同时测量多个感兴趣波段。与采用单部无源接收机相比，采用多部无源接收机的优点在于减少了测量多个感兴趣波段的所需时间。频谱感知技术对噪声、干扰、工作在射频环境中的射频信号进行无源测量，以便雷达的发射机和接收机工作在这些预先存在的信号的波段之外。
选择了探测目标的合适波形之后，雷达接收机测量射频环境。从雷达接收信号中提取潜在的目标信息或特征。用目标特征（来自雷达接收机处理链）、干扰和噪声（来自无源接收机处理链）估算信噪比（SNR）。然后，用目标检测/分类算法和某种先验的目标信息对信噪比信号进行处理。根据目标检测似然性、噪声和干扰功率电平、允许的发射频率（如数据库指定的），优化发射波形参数（幅度、频率、相位、调制等），然后选择并发射波形。这一过程不断重复，直至高度确信目标出现或缺失。
3.3 频谱感知处理
频谱感知处理用于估算图3中无源频谱接收机提供的有限持续数据流的功率谱。该无源频谱接收机（含模数转换）提供信息的数字化数据流。
图4说明了频谱感知处理流程。由于采用快速傅里叶变换（FFT）有效计算了有限观察窗以及功率谱估计，所以，窗函数被用来减少谱泄漏或副瓣。然后，将功率谱与雷达接收机信息提取出的特征结合起来，估算目标检测和分类的信噪比。最后，采用一种信号检测技术来检测工作环境中的潜在通信和其它射频信号。该信号检测技术可采用访问数据库的方式获取已知射频系统波形类型。
3.4 目标检测与分类
图5说明了目标检测和分类技术的流程。
目标检测器的输入是谐波和/或互调失真乘积的信噪比估算。目标检测方法包括：匹配滤波器、贝叶斯决策理论、通用似然比测试（GLRT）、恒虚警率（CFAR）处理。
目标检测之后进行目标类型识别。常见的分类方法有贝叶斯鉴别函数、最近邻分类器、支持矢量机（SVM）、神经网络、基于树的算法、无人监管学习算法。
3.5 优化处理
目标检测和分类之后，根据频率信息、数据库提供的允许发射频率、以及频谱感知步骤给出的适用发射频率，采用优化器来确定新发射频率的参数以及其它波形参数。优化器根据雷达探测需求对多个目标函数进行优化。与雷达系统相关的目标函数，包括信噪比、系统功耗、频率、所占带宽、计算的复杂性。与雷达系统相关的决策变量包括频率、信号功率、带宽、调制类型、脉冲重复间隔（PRI）。
多目标函数优化的实现方法之一是遗传算法。与其它机器学习方案相比，遗传算法有优势，因为它们不需要目标和/或环境的练习数据或统计模型。
遗传算法的基本步骤示于图6。首先，随机产生N个方案，采用适切性原则识别出群中最合适的染色体，这里，适切性测量取决于目标函数。然后，用交叉、突变的方法产生一个新的群，即下一代就形成了。对新群中的染色体，要评估其适切性，淘汰掉适应性程度低的解，经过多代迭代，最终评估一种中止条件，以确定新群满足优化过程的要求。
4 认知雷达的发展趋势
认知雷达作为一个崭新的发展方向，尚处于“幼年”阶段，全面、完善、实际的认知雷达还远没有变成现实。下面是若干需要进一步发展的领域：
（1）最优发射波形的设计和选择。如何根据雷达回波和先验知识等，确定相应的优化指标，采取高效、稳健的算法，自适应地设计、选择发射波形参数，直接决定着雷达的智能程度。
（2）数据挖掘和基于知识的推理。认知雷达具有存储器，如何从大量的传感器信号和“记忆”中挖掘出有效的信息并加以利用，是实现智能行为的关键。
（3）资源分配的最优化算法。在雷达波发射、计算、存储等环节，如何规划有限资源，对于多目标，如何设计、选择发射波同时探测不同特性的目标，使整个系统的性能达到最优，涉及到高效、稳健的最优化算法的研究。
（4）自适应波形的生成技术。
5 结束语
目前，国内外对认知雷达的研究都处于起步阶段，认知雷达的实际装备尚未见诸于报道。认知雷达是一门交叉学科，其研究工作良好有效的发展需要结合雷达专业技术人员和人工智能相关学科研究人员的共同努力。雷达专业人员可从事雷达技术指导和雷达仿真技术研究；人工智能相关专业人员，可从事运筹学、最优化算法、知识推理等研究。从长远发展来看，认知雷达的相关理论成果可推广到通信装备、导航装备、电子对抗装备等的智能化研究中，将对相关领域的发展具有巨大的促进作用。
参考文献
[1]S.Haykin.Cognitive radar：a way of the future[J].IEEE Signal Processing Magazine，2006，23（1）：30-40.
[2]E.Axell， G.Leus， E. Larsson，V.Poor. Spectrum Sensing for Cognitive Radio. IEEE Signal Processing Magazine，May，2012，29 （3）， 101-116.
[3]R.Duda，P.Hart，D.Stork， Pattern Classification；New York， NY：John Wiley & Sons，2001.
[4]C.Rieser，T.Rondeau，C.Bostian，T. Gallagher.Cognitive Radio Testbed： Further Details and Testing of a Distributed Genetic Algorithm Based Cognitive Engine for Programmable Radios.in Proceedings of the 2004 IEEE Military Communications Conference，vol.3，pp.1437-1443， November 2004.
主要分析研究的是探地雷达技术及其应用，通过阐述探地雷达技术的理论基础、解释原理及发展历程等基本内容，结合采矿工程的实际要求，探究在采矿工程中探地雷达技术的实际应用，以期能够为相关研究人员提供重要的参考资料。
关键词：
采矿工程；探地雷达技术；应用
0引言
中国幅员辽阔、地大物博，拥有众多地下资源，其中丰富的矿产资源一直是中国社会发展和经济建设中最为重要的一种资源，是中国实现长久稳定发展和繁荣富强壮大的基石，因此采矿工程正在中国各地如火如荼地开展建设当中。而其中至关重要的一项技术即为探地雷达技术，通过使用该项技术能够帮助采矿工程更加准确地了解周边岩层情况及地质环境，同时还能够有效检测整体工程质量，在此背景之下，研究探地雷达技术在在矿工程中的应用具有极其重要的研究价值。
1探地雷达技术的简要概述
1.1发展历程
探地雷达技术最早诞生于20世纪初期，由两位德国籍科学家Letmbach、Lowy首次提出，经过半个多世纪的发展之后，探地雷达技术已经初具雏形，并且开始应用于包括冰层和岩盐等介质当中，但此时该项技术具有明显的局限性，即只能运用在电磁波吸收非常弱的介质当中。直到20世纪70年代中后期，在电子技术的诞生及迅速发展之下，探地雷达技术与现代化的数据处理技术相结合，其实际应用范围得到空前扩大，除了可以运用在电磁波吸收弱的介质当中之外，还可以用于土层、煤层等介质中，其实际运用范围涉及考古、岩石勘探、工程及建筑物内部勘探甚至是矿产资源探测当中。在20世纪80、90年代探地雷达技术被引入中国以来，经过广大科学研究工作人员多年的共同努力，探地雷达技术已经被广泛运用在采矿工程当中并取得了良好的成效。
1.2理论基础
探地雷达技术其实是一种依靠弹性波传播理论，是对于地下介质，对超高频短脉冲电磁波传播规律进行深入研究的技术。这主要是由于位移电流在地质介质当中占据着至关重要的地位，而介质的介电性质几乎可以直接影响甚至决定频散较少的高频宽频电磁波的传播速度，而这与弹性波传播理论具有极高的相似性，二者均严格遵循波动方程，只不过在变量方面存在些许不同的物理差异，但电磁波和弹性波之间具有相同的形式，因此结合合成波的原理可以将脉冲电磁波解构成为若干频率存在差异的正弦电磁波，也就是说正弦波传播理论及特征是探地雷达技术的重要理论基础[1]。
1.3解释原理
无论是在哪一种应用范围内，使用探地雷达技术的根本目标就是得到最终的地质解释资料，而这需要建立在拾取反射波的基础之上。对电磁波组标志进行有效识别则是与波形特征等具有紧密联系。在介质中进行传播活动时，电磁波组的传播路径，包括电磁场的具体强度、波形等将会随之发生变化，此时运用探地雷达技术能够以剖面图的形式对位于反射波组当中的同相轴进行追踪和表现，进而判断出地层是否存在断裂情况，最后依据真实可靠的地质钻探资料，明确反射波组当中蕴含的真实地质含义，形成基于整个探测区角度下的成果图将会成为采矿工程设计的重要参考资料。
2探地雷达技术在采矿工程中的具体应用
2.1对巷道围岩松动圈进行探测
中国在经过漫长的研究发展历程后，对巷道围岩松动圈支护理论进行不断丰富和完善，并且与探地雷达技术进行充分结合，最终使得其能够熟练灵活运用在采矿工程尤其是探测巷道围岩松动圈工作当中。但值得注意的是，确定巷道围岩松动圈的初始值是完成这一工作的核心与关键，直接决定着对巷道围岩松动圈进行探测的成功与失败。在过去工作人员通常会选择使用超声波探测技术、钻粉法、位移计法等各种方式进行探测，但无论是哪一种方法均会对巷道围岩造成不同程度的破坏，无法保证围岩能够始终保持其原始状态，而这将直接导致探测松动圈终值的准确性、精密性大大降低，甚至最终影响整个采矿工程的质量。而使用探地雷达技术之后，通过配置超过200Hz的高频天线，通常情况下在不超过10m的探测深度范围内可以将精度控制在5cm以内，同时不会对巷道围岩造成任何损坏[2]。比如在采矿工程中，通过应用探地雷达技术进行直接探测，发现在大约200m多的围岩深处中显示存在一条强烈的反射回波信号，在对电磁波组同相轴进行追踪之后发现存在层状起伏，表明该界面当中电磁波正由弱到强进行变化，而到215m范围内的围岩雷达波无规律，能够清楚地看到有较大裂隙，代表此位置为破碎区。在此基础上工作人员能够明确巷道围岩松动圈厚度，并以此为根据指导设计巷道支护。
2.2对岩石的位置厚度进行探测
在计算矿体储量及评估该矿可采程度工作当中需要确定煤层当中待采矿层厚度及开采放顶煤时顶煤厚度，与此同时，需要准确了解开采空间与如奥灰等重要岩层的相对位置关系，这也是保障开采工作能够顺利安全完成的必要条件。在A煤矿当中有三个钻孔，通过分析可以得知由于受到爆破及岩层自身裂隙发育等影响，可以从图1当中看出整体的雷达图像并未呈现出明显的规整性波形，反而给人一种杂乱无章的感觉；另外，探测图显示出煤层剖面呈现起伏形态，并且存在大概11cm～12cm厚的伪顶。伪顶虽然和煤层性质近乎一样，但是其厚度要远小于煤层，并且雷达波不会显示出分层现象。而煤层下方是砂岩，工作人员通过探地雷达技术探测的采矿区煤层具置及厚度之后，便可以绘制出相应的等厚线图，作为设计采矿区开采的重要指导。
2.3对地质实际构造等进行探测
由于真实的开矿现场环境复杂，经常会发生各种各样的地质异常情况，如断层、矿层冲刷、陷落柱等，假如此时在确定位置或在搜寻矿体的工作当中使用巷探、钻探等技术方法，不仅无法有效节约时间，节省人力与物力，甚至有可能影响工作的安全性，造成不必要的经济损失和资源浪费。而使用探地雷达技术则能够有效解决这一问题，一般情况下在不超过100m的范围内，探地雷达技术可以实现无损探测，即在探测过程中几乎不会对地质构造等造成任何损害，这对于在探测地质构造当中可能存在水害等安全隐患时将有效保障其安全性。在此基础之上，工作人员除了能够得到比较理想的探测参数，还可以以此为依据参数对断层的位置、走向等进行合理推断，从而进一步提升采矿工程的质量。
2.4探测采空区及含水情况
所谓采空区具体来说指的是在天然的地质运动或人工挖掘后，地表会在下面形成或大或小的“空洞”，即人们通常意义上的采空区。而采空区对于采矿工程来说是一个比较巨大的安全隐患，稍有不慎，采矿所需的机械设备甚至是工作人员将极有可能坠落在采空区当中，进而造成严重的经济损失和人员伤亡。因此在采矿工程当中应用探地雷达技术可以对采空区进行有效探测，避免此类事故的发生。在A矿区当中由于前人的多次挖采导致在浅部煤层当中出现了一个非常明显的采空区。通过图像显示，大约在0m～16m的位置处存在明显异常，而大约在910m深度的位置处还出现不太完整的双曲线形态图，这种波形的出现代表着穹形空洞；而在触底后波幅逐渐增加，但是很快随着不断增加的深度，波幅迅速减小直至消失。因此最终显示出的成果图能够准确反映出在该采空区当中蕴含丰富的水及淤泥等物质，并且吸收了大量电磁波能量。
3结语
通过研究论述可以得知，基于电磁波理论下产生的探地雷达其实就是一种将地质资料作为重要参考，尤其适合用于弱磁介质为主的采矿工程项目中的一项探测技术。通过运用探地雷达技术可以在最大程度上保护围岩的基础之上对其进行探测，并保持较高的精准度；另外还可以在一定范围内有效探测确定矿层的厚度、位置等基本资料，并直接探测出断层的走向；对于采空区中的地下空洞等也可直接进行探测，从而真实了解到实际含水情况，对整体的填充质量进行科学评估，以此检验采矿工程的整体质量。鉴于探地雷达技术拥有众多优势功能，因此在未来采矿工程当中还需要多多运用该项技术，并积极进行探索研究，以便能够进一步扩大探地雷达技术的使用范围。
参考文献：
［1］刘传孝，杨永杰，蒋金泉.探地雷达技术在采矿工程中的应用［J］.岩土工程学报，1998(6)：102-104.
【关键词】合成孔径雷达;地形测绘;应用及进展
机载合成孔径雷达技术以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便等优势特点受到广泛应用，除了在军事领域有较大的发挥，合成孔径雷达技术在民用邻域也有较大的发展，如地形测绘测量、空间遥感控制、海洋监测、气象探测等，本文将针对机载合成孔径雷达技术的特点优势分析探究其在地形测绘中的应用及发展。
1.机载合成孔径雷达系统特点
1.1较高的精度
合成孔径雷达的原理是通过发送、接受固定频率的脉冲信号，相对于以前单一独立的天线收发机制，合成孔径能够将各天线矩阵单元有效地整合为综合的发送、接收系统，加以强大的数据处理能力，对于发送、接收的频率脉冲分析处理，从而达到全方位、高精确的探测、监控效果。
随着科技的进步与发展，电子产业方兴未艾，机载合成孔径雷达的部件不仅性能越来越强悍，其形态也将变得越来越精细，所应用的功能也越来越广泛，经过一定的实践应用调查，机载合成孔径雷达的相对定位精度在300M至1500M的工程定位中，1小时以上观测的解其平面位置误差小于1mm，和ME-5000电磁波测距仪测定的数据结果比较，其边长差值最大为0.5mm，较差中误差达到了0.3mm的级别。
1.2探测效益高
随着机载合成孔径雷达技术的不断完善，通过合成孔径雷达探测的无人机已经应运而生并且防范应用，在地形测绘测量中，20KM内相对静态的地理定位，无人机完成探测任务仅需15至20分钟即可，当用于快速静态相对定位测量时，每个流动站与基准站间距在15KM时，观测时间便可缩短至1-2min。通过机载合成孔径雷达的无人机观测与雷达基站的综合应用，地理地形的探测工作可以增加实际效益，缩短耗费时间，降低应用成本。
1.3系统综合、操作便捷
整合性的合成孔径雷达系统是综合型的应用系统，配合使用的雷达基站间不需要相互通视便可实施有效监测及相关任务，通过系统的自主调控以及后台大型数据处理机制，地理地形的测绘工作将会显得比较轻松，并且耗费的人力、物理也相应减少。由于无需点间通视，点位位置可根据需要，可稀可密，使雷达站点的选址工作变得灵活多变，可以省去过去经典的大地网中的传算点、过渡点的测量工作。
科学的进步也带动了系统的发送、接收机制的发展，系统的自动化程度也越来越高，相应组件的构造与体积越来越精巧，相应的减轻了测量工作的工作繁重程度，使得地形测绘轻松简便。
1.4提供三维坐标、全天候作业
地理地形的测量方式可以采用不同的方式进行，经典的大地测量方法将平面与高程度采用不同方法分别施测。合成孔径雷达可同时精确测定相应地形相应目标的三维坐标，并且可以实现四等水准测量的精度。
机载合成孔径雷达可装载在无人机、高空侦查机、卫星等高空载具中，可以全天24小时实施测量工作，不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等环境天气的影响。
2.机载合成孔径雷达技术在测绘领域的应用
最初的合成孔径雷达的设计目的是应用于导航，情报收集等军事领域。随着技术发展，民用等军事领域之外的应用前景也相当广泛，由于合成孔径雷达的诸多高性能特性及优点，注定其在各行各业有着广阔的应用空间。
通过合成孔径雷达发送与接收的频段脉冲信号，可以进行海、空、陆的测量测绘、精确定位以及实时监控等。在于地形测绘邻域，合成孔径雷达技术已经用于建立高精度的全国性大地测量控制收发网络，测定大范围的地形动态参数，用于建立陆地海洋大地测量基准，进行高精度的岛屿、丘陵、平原、海洋等多种地形地貌的联测，用于检测地球板块运动和地壳形态移动以及实时动态监控，还可以应用于工程测量当中，成为建立城市与工程控制网络的主要手段，合成孔径雷达可以测定航空航天摄影瞬间的相机的相对位置，实现少量地面控制或者无地面控制的航测快速成图，从而从多方位、多领域对地理信息系统、全球环境遥感监测的技术发展起到促成推进作用。
3.机载合成孔径雷达技术的发展前景
随着我国的技术创新以及科技发展，机载合成孔径能够获得广泛的应用空间，特别在无人机、电子产业火速发展的今天。
在大地测量邻域，通过机载合成孔径雷达技术可以开展国际联测，各地大范围、多地形地貌的联测。经过平台统一、数据连接整合，很有希望能够建立起全球性的大地地形地貌控制网络系统，能够为地点提供高精度的坐标，测定和精化大地水准面。经过大型数据处理机制，雷达探测地形坐标精度奖金0.2m，并且能够联测地形的集合水准，为我国的地理地形测绘建立了各级测量控制网，提供高精度的平面与高程三维基准。使得全国大范围的地形、平原、丘陵、岛屿、海洋联结为整体的三维地形库。
工程测量领域，运用合成孔径雷达技术，能够对静态工程位点进行精准定位，实施地形测量，从而根据测量实际数据布设精密工程控制网，可用于城市、矿区、油田等重要地形地段的沉降监测、地壳板块的动向监控、高层建筑的变形监测以及隧道、河道、桥梁贯通测量等精密工程。
航空摄影地形测量领域，我国测绘工作者通过高空无人机、气象无人机、电子侦察机等多种机载合成孔径雷达载具进行相关任务工作，如航测外业控制测量、航摄飞机导航、机载雷达航测等汇聚数据形成三维坐标图形。
地球动力学领域，机载合成孔径雷达技术应用于地形地壳板块运动监测以及区域板块的运动监测，另外该技术还应用与海洋测量、水下地形测绘等相关领域。在静态定位与动态定位测绘时，合成孔径雷达系统需要整合相关测量测控设备的配合与数据接收整合，如低轨卫星，地面雷达基站等多方位探测设备，通过平台统一的处理指令，可以实施静态定位与高动态高精度定位测绘以及精密定轨监控等高难度任务。
结束语
机载合成孔径雷达技术不仅广泛应用于地形测绘监控，同时在军事国防、智能交通、邮电通信、地矿、能源开采、工程建筑、海洋探测、高空监测、农业、气象气候、土地规划管理、环境监测、金融、安防等部门行业，还可以在航空航天、测时授时、物理探矿、姿态测定等领域有着广阔的应用前景。
参考文献
[1]潘正风，杨正尧，程效军，等.数字测图原理与方法[M].武汉：武汉大学出版社，2004.
[2]徐绍铨.GPS测量原理及应用.武汉大学出版社.修订版，1999，23（5）：120-125.
关键字：地质雷达 公路路基 病害 无损检测
中图分类号：U213.1 文献标识码：A 文章编号：
1概况
近年来, 我国城市公路（道路）建设突飞猛进, 由于公路建设的施工质量参差不齐、目前施工工艺限制、车辆超载超重、地下水（或管道渗漏）冲刷等多种原因, 开始出现各种各样的病害, 如空洞、不密实、沉陷等，公路路基大面积塌陷事故屡见不鲜。居安思危，为预防事故的发生, 需要对公路路基质量进行公路病害无损检测。传统的钻芯取样、开挖取样检测手段最大的优点是直观,但是效率低, 代表性差, 成本高, 而且具有破坏性。而瑞雷面波法和高密度电阻率法虽然是无损检测、可靠性高，但是效率低，且成本较高。地质雷达又称探地雷达(Ground PenetratingRadar,简称GPR) , 近年来其应用范围越来越广, 技术越来越成熟。地质雷达在路基检测中具有高效、无损、简便、经济的特点, 且有很高的分辨率, 检测质量可靠。
2地质雷达技术的工作原理
地质雷达技术是一种对地下的或物体内不可见的部分进行定位的电磁技术。工作原理为:利用超高频( 106～109 Hz)电磁波以宽频带脉冲形式,通过发射天线定向送入地下或工程实体内, 经存在电性差异的地下地层或目标体反射后返回地面, 由接收天线接收。高频电磁波在介质中传播时, 其路径电磁场强度与波形将随所通过介质的电性特征及几何形态而变化。电磁波在有耗介质中传播时, 遇到地下介质不均匀、介电常数有差异时便会发生反射, 其发射系数由介电常数决定。故通过对时域波形的采集、处理和分析, 可确定地下界面或构造物的空间位置及结构。地质雷达探测深度范围和分辨率与所使用的天线频率有关。不同的地质结构或不同的工程实体需要不同的天线频率。工作原理如图1、图2 所示。
物体的电磁特性主要由相对介电常数和电导率决定。与公路路基路面结构相关的介质电磁参数见表1所列。
介质间的电磁特性差异越大, 其介质间的界面越易识别。电磁波在界面处会产生大量的反射和相对较少的透射。相对介电常数与界面处反射率大小的关系为
(1)
其中：为反射率; 1为介质1的相对介电常数; 2为介质2的相对介电常数。
由式( 1) 可知, 反射系数的大小主要取决于反射界面两侧介质介电常数的差异, 差异越大反射信号越强, 反之反射信号越差。在对地质雷达数据进行一系列处理的基础上, 根据雷达波形、电磁场强度、振幅和双程走时等参数便可推算出路面下的情况。
由于材料的电磁特性不同, 当雷达波透过不同材料时, 其速度不同。速度是材料介电常数的一个函数, 且一种电磁波透过不同材料的速度与材料的相对介电常数的平方根成反比。目标体到测线的垂直距离计算为式( 2) :
(2)
式中: d 为目标体到测线的垂直距离(m) ; T 为记录的反射电磁波双程走时(ns) ;X 为发射天线与接收天线之间的距离(m) ; v 为电磁波在介质中的传播速度(m/ns) 。
(3)
其中, C 为光速( 0.3 m/ns)；为介质介电常数, 可以利用经验数据或测定获得。
以下结合杭州市区某公路路基病害检测的实例, 根据地质雷达剖面上的异常特征对其进行分析。
3数据采集
现场检测采用加拿大探头与软件公司生产的pulseEKKO PRO 型地质雷达, 采用反射法测量。在满足检测范围的前提下, 并考虑到高压线和汽车等干扰因素, 所以选择中心频率250 MHz 的屏蔽天线。根据选定的天线主频, 采样率取值0.4 ns; 天线收发距0.38 m; 天线步距0.05 m, 滚轮触发。系统叠加次数4,可以压制随机干扰, 而且不影响采集速度。电磁波在探测范围内的传播速度初步拟定为0.1 m/ns, 以便在检测过程中实时观察, 排除干扰因素, 有利于后续的数据处理和解释。测线主要布置在行车道上, 沿着道路的纵向, 对怀疑路段可增加横向测线, 从而有效圈定病害范围。
4数据处理
本次地质雷达的数据处理方法主要步骤为预处理、滤波、反褶积、偏移归位处理以及其它相关的信号处理方法。
首先，对数据进行预处理。包括格式转换、坐标校正等后续工作所需的前期工作；然后对数据进行滤波处理，保留有效波；第三步对数据进行反褶积处理，压制多次干扰波，提高垂向分辨率；第四步对数据进行振幅处理，提高深处波形的振幅，使能量较弱的波形易于识别；最后对数据进行偏移处理，提高资料的横向分辨率，使界面回归其真实位置。当数据质量不是特别理想或者为了更加确定地下目标体的分布，可对数据进行复信号分析，通过对比处理剖面同瞬时振幅、瞬时频率和瞬时相位的剖面，可对资料解释提供进一步的依据。
5 成果解释
路基填筑时全线采用的填料与施工工艺基本相同, 因此沿线路走向材质应该是均匀的, 雷达图像特征也应基本相同, 即路基介质对雷达波反射形成的同相轴应该是连续的（图3为历史正常公路地质雷达剖面波形图）。
路基出现病害后, 不同填料结构界面破坏、变形。这些病害会引起雷达波的急剧衰减和强烈反射的发生, 在雷达剖面图上表现为振幅变化、同相轴不连续。另外由于病害区段介质电性与周围明显不同, 在雷达剖面图上可能表现为图像紊乱。分析雷达剖面图像反射波的衰减、同相轴连续性和波形形状等, 可得到病害类型、位置、范围、严重程度等信息。
本次公路路基检测最典型的病害为土层脱空或扰动异常。土层脱空或扰动异常通常是介质不均匀，与周围介质的相对介电常数存在较大差异。由于土层疏松、较多小孔隙分布或含水量不均匀, 在雷达波形图中表现为反射波较多、规模小、不连续、反射能量强弱变化较大, 整个剖面较为紊乱, 与正常的雷达图象相比层状同相轴少, 与空洞异常相比, 两端的绕射幅度较小, 甚至察觉不出, 典型不密实异常如图4-8所示。
图41号测线地质雷达波形图
红色异常区域在10.2～14.4m位置处，深度范围1.8m～2.2m，为土层脱空或扰动异常
图52号测线地质雷达波形图
红色异常区域位于水平4.8～7.8m，深度1.7m～2.2m处，为土层脱空或扰动异常
图63号测线地质雷达波形图
红色异常区域位于水平10.1～11.3m、 13.0～13.9m，深度1.0m～1.7m、3.1m～3.70m处，为土层脱空或扰动异常
图74号测线地质雷达波形图
红色异常区域位于水平6.1～7.8m，深度1.9m～2.4m处，为土层脱空或扰动异常
图85号测线地质雷达波形图
红色异常区域位于水平6.1～7.8m，深度1.5m～1.8m处，推测为土层脱空或扰动异常
6 结语
本次公路路基病害检测结果与后期钻孔取样所得结果符合很好，因此本次地质雷达探测是成功的，达到了本次检测的目的。
在公路工程的病害检测中,地质雷达技术的应用取得明显的社会效益和经济效益。地质雷达探测具有经济，高效，非破坏性等优点，探测精度高，分辨率高。在公路路基病害的监测、检测方面必将有广泛的应用前景。
地质雷达技术作为一种对隐蔽工程的探测手段, 除了具有科学性的一方面外, 同时也存在局限性、多解性、片面性。如探测深度的问题。地质雷达探测的分辨率很高(可达cm级),电磁波的频率越高，电磁波在地下介质中衰减的越迅速，探测深度越小，同时分辨率也跟着降低。而且雷达的电磁脉冲信号的传播取决于探测的高频电性(介电常数ε),因此其探测深度和精度亦取决于探测介质的特性。在诸如砂、砾石及淡水这样的低导电率介质中,地质雷达探测深度可达数十米,但在粘土、淤泥及含盐或受污染的土壤这样一些导电介质中,探测深度只有几米。所以应在地质雷达的硬件方面加强地质雷达的仪器开发、改进，提高仪器灵敏度，加大探测深度、精度。
关键词：雷达技术；发展规律；发展趋势
1.雷达技术的发展概述
在二十世纪三十年代，雷达技术开始发展，从二战时期起在各大战役中发挥着很大的作用，经历了实战的洗礼之后，大大的推动雷达技术理论的完善和对应用的深入探索，现代雷达技术理论方法、体质机制及技术应用均得到了很大程度的发展，经过几十年的发展，雷达装备技术在环境条件、目标任务以及雷达的研发生产技术等，均发生了变化。雷达的发展可分为以下几个阶段：1、以电子管、非相参为主。为了勘探飞机等飞行物。2、以各项性能比较高的全相参为主。为了应对防空作战的局势。3、以大规模的集成电路、全固态为主。4、以多功能、自适应和对目标识别准确度的技术为主。为应对现代越来越发达的科技产物。
2.对雷达装备技术发展产生影响的内外因素
2.1内部因素
影响雷达装备技术的内部因素有三个方面：资源、方式、能力。资源指的是雷达在波形、极化、平台等资源方面的所利用的程度。方式即是其获得相关信息的各类方法及途径，其中含括布设、运动、构型、配置等多种方式，另外这个因素对雷达技术的影响最大，在技术创新中有着主导性的影响。能力说的是雷达装备技术运用到现实中最后所呈现出的能力。三个内部因素在雷达装备技术的发展进程中，对其有着非常重要的作用力，推动着其发展和完善。
2.2外部因素
对雷达技术产生影响的外部因素有三个主要的方面：环境、目标、任务。环境因素比较复杂且多变。雷达的工作环境，所处的生存环境和磁场环境、需要勘探的目标周围的未知环境，都存在复杂性和未知性。雷达所需应对的目标是有着多样性这一特殊点，主要表现在种类的构型、活动的空间、运动的特点、频谱、极化等方面的复杂性。任务因素多元化，雷达技术在作战方面的的应用范围要广，才可以满足实战的多元性。
3.雷达技术的发展规律特点
3.1频谱资源的占用更广
经过大量研究表明雷达技术在频谱资源方面更加宽泛，这让雷达的纵向分辨能力以及定位的精确度更高，另外所占的空间谱越来越大，很大程度上提高了雷达在横向分辨能力以及定位方面的准确度。
3.2雷达勘探的方式从低纬度逐渐向高纬度发展
雷达技术的观测视角覆盖，探测器构型及信号的空间维度，这三方面是主要体现雷达探测维度的体现，其完善程度也充分代表着雷达装备技术的成长阶段。此外雷达技术在资源方面的消耗程度也在逐渐增多。
3.3内外因素对雷达装备技术发展的综合影响
在雷达装备技术的发展中避免不了遭遇到内部外部因素的各种影响，其外部影响中环境、目标以及任务牵制着雷达装备技术的进展方向，内部影响中雷达技术的资源、能力、方式，这涉及到雷达技术的可行性以及其认知程度及其他方面的问题，一方面也约束着雷达在技术发展上的步伐，有着决定性影响。
4.雷达技术的发展历程及未来发展趋势分析
4.1雷达技术的发展历程
大致可以分为以下几个阶段：
1、二十世纪中前五十年。在这一阶段中，战争频发，飞机被广泛用于战争，飞机灵活，在上空，不易察觉，所以当时对飞机的探测成了当时关注的一个重点，这就很大程度的推进了雷达技术在理论方面、技术方面、实践方面的进步。在这个时期的雷达视角单一，呈点状分布，单一勘测器构型和一维的信号处理，基本满足当时战争需求。
2、二十世纪后期三十年。雷达技术在理论、技术等各个方面都有着突破性的进展，中远程导弹及军事卫星等很多高科技被研发出来，并且被大规模的应用到战争中，雷达装备技术的发展在这一刺激下，获得了很大程度上的推动，并大规模的在军事上应用。这一时期雷达的具有一维的多视角式布局、二维的信号处理、多类探测器的简单式构型等特别点。
3、二十一世纪前后五十年。国家经济的发展带动着科技的不断进步，越来越多的高科技出现，这就造成了高科技的局部性战争的爆发，新型的军事就要来了，这将是军事的一个变革的时期。这一时期，雷达的具有二维度多视角的分布，多类探测器的共形式构型和多维度的信号处理等特点。
4、再之后的五十年。这是雷达技术目前所在的阶段，此阶段将是数字化的年代，雷达技术在此阶段，将会有更多的创新，为了适应这一阶段，将不断的完善基础理论及技术。数字共形相控阵式雷达、双多基的SAR与三维的SAR等很多新研发的雷达技术可以会进行技术整合，在实际战争中进行检测。这一时期的雷达技术也许会具有三维度的多视角式分布、多维度的信号处理和多类探测器的复杂式构型等特别地方。
结束语：
本文对雷达技术的影响因素、发展历程及未来发展趋势进行分析概述，雷达装备技术的发展很大程度受到当时局面的影响，为满足当时军事需求，进行改进。近一步深入了解雷达装备技术在发展中所呈现的规律，这给雷达装备技术的发展走向提供了很有意义的重要依据，所以研究人员及研究机构，要对雷达装备技术的发展历程进行身日的了解及分析，总结其在发展中所呈现的规律，归纳其发展中的特点，与当今技术相对比，对未来的技术发展进行规划，让雷达装备技术在研究领域方面对发展的主流的历史、当今和未来的情况有把握，明确雷达装备技术在未来的目标，确定科学的研究方向，制定研究方式，从而推动来雷达技术的发展。
参考文献：
关键词：小型机载激光雷达技术；植被覆盖区三维测绘；电力优化选线
中图分类号：TN958.98 文献标识码：A
0.引言
输电线路勘测优化设计在是输电线路工程中最基础最重要的工作，优化设计输电线路路径需要综合考虑行政规划、运行安全、经济合理、施工难度、检修方面等因素。而在输电线路优化设计工程中，特别是工程工期紧、测绘面积较大、精度要求高且测区地形较为复杂的情况下，输电线路优化设计难度较大，尤其是在我国西南地区以高山大岭为主，地形起伏大，植被覆盖率高且平丘地区房屋密集，分布不规则。传统的线路优化设计主要采用的测量方法是工测量方法或者工程测量与航测相结合的方法。传统的线路优化设计方法具有外业劳动力强大，数据精度低且无法获取植被以下地形及交叉跨越的高度，工期比较长等缺点。将激光雷达技术应用于电力线路优化设计中能降低选线难度，提高设计效率。因为机载激光雷技术具有数据产品丰富、数据精度高，能够获取植被以下的地形及交叉跨越高度且自动化程度高，能够保证线路走向合理，大大降低外业工作量，缩短工期等优点。
我单位采用绵阳天眼激光科技有限公司自主研发的小型激光雷达测绘系统搭载在动力三角翼上对四川广元某山区测区进行数据采集，应用高精度激光雷达数据成果，在基于激光雷达数据输电线路三维优化选线软件中进行优化设计，高效快速对该区线路进行优化设计，降低了选线难度，提高了工作效率，具有良好的社会效益及经济效益。
1.小型机载激光雷达系统原理及技术优势
1.1 机载激光雷达系统原理
机载激光雷达系统是集激光测距、全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（IMU）及高分辨率航拍相机于一体的系统。利用高精度的激光扫描测距技术获取三维激光点云、惯性导航单元系统获取飞行平台姿态信息、机载GPS获取飞行平台的空间三维位置信息；利用高分辨率数码相机获取真彩色数据影像。机载激光雷达测量原理：机载激光雷达激光脚点定位采用飞行航迹来计算激光脚点的坐标。因此基行航迹和系统瞬时姿态的激光点的坐标计算如公式（1）所示，公式（1）中的L是瞬时激光脉冲源到地物的距离，基行时间测量原理的测距由公式（2）求得。公式（1）中是激光发射角，XL、YL、ZL是激光器的位置坐标，通同转换矩阵就可以精确的计算出每一个地面光斑的XG、YG、ZG。
机载激光雷达系统包括以下4部分：机载激光扫描雷达单元；DGPS及IMU惯性导航单元；高分辨率航拍相机；系统控制及数据实时记录存储单元。各部分用以太网协议交换数据，供电选用航空电池供电。小型激光雷达系统原理如图1所示，不需要或需要极少地面控制点即可快速获取地表及植被以下地表的精确三维信息。
1.2 小型机载激光雷达系统在输电线路优化设计的技术优势
小型机载激光雷达系统以其体积小、重量轻且精度高等优点，选择的飞行平台较为灵活，快速响测绘作业任务且数据采集周期短。搭载平台可以选择有人直升机、无人机、无人氦气飞艇及动力三角翼等，根据任务需求可以选择不同的飞行平台。针对本次山区及植被较为密集的作业区域，选择搭载动力三角翼作为飞行平台对测区进行数据采集。机载激光雷达技术具有穿透性，能够获取植被以下高精度地形数据及交叉跨越高度；数据精度高、点云密度高；且能快速高效进行作业；数据产品丰富，能获取高精度的三维激光点云数据和高分辨率数码影像经过数据处理得到高精数字高程模型DEM、数字表面模型DSM、高分辨率数字正射影像DOM及精细分类的点云数据（包括电力线点、植被点、房屋点）等。
机载激光雷达数据成果，在电力选线以及后期设计工作中提供多种辅助参考信息。生成的高精度DEM数据可以实时获取线路各个方向断面信息及塔基地形、塔基断面；通过数据分类处理，获取地面、电力线三维点云数据，设计人员在室内即可完成线路交叉跨越测量工作；高分辨率真彩正射影像DOM利于选线避开房屋、库区、坟墓等重要地物，综合参考DEM和DSM可实时获取房高树高，精确评估树木砍伐量与房屋拆迁量等；DEM结合DOM得到真实的三维场景，可从不同视角查看线路周围的地物、地貌信息，直观可视的三维地形浏览及选线，大幅度提高工作效率。
2.技术路线
基于小型机载激光雷达技术在植被覆盖区输电线路勘测优化设计中的工程应用主要技术内容包括数据获取、数据处理、数据应用。采用小型机载激光雷达系统进行电力选线数据的获取具体技术路线如图2所示。
机载激光雷达数据获取的原始数据包括原始激光点云数据、原始数码影像、惯性导航（IMU）数据、机载GPS数据、地面基站GPS数据。对机载激光雷达获取的数据处理技术路线如图3所示。
经上述数据处理后得到的数据成果高分辨率德胗跋DOM、高精度数字高程模型DEM、高精度数字表面模型DSM及精细分类后的电力线点云数据LAS，加载于专门基于LIDAR数据成果的三维输电线路优化设计系统，对激光雷达获取的数据进行管理与浏览，进行三维选线，主要技术路线如图4所示。
3.工程应用
我公司应用小型机载激光雷达技术，对地势起伏较大且植被覆盖率高的广元中子（中子-明月峡220kV线路工程、中子-雪峰220kV线路工程）约86km的输电线路工程勘测优化设计，应用动力三角翼搭载机载激光雷达测绘系统进行数据采集，通过数据处理制作高精度DEM、DSM、高分辨率DOM及精细分类电力线点云。运用三维输电线路优化设计系统对该工程进行室内快速可视化三维优化选线设计。
3.1 工程测区概述
广元中子镇位于广元市朝天区东北部，属于低中山区，南北边缘高峰耸立，海拔在500m～1600m，植被^为密集，高差较大。本次220kV输电线路工程包括中子镇―明月峡乡、中子镇―雪峰乡两条线路，测区全长约86km。
3.2 数据采集
在航测前，进行控制点的踏勘、选址和埋设桩位，用于静态观测。GPS网形规划与控制点之分布有关，为使整个网形的点位误差分布均匀，在测区布设4个基站，覆盖测区。结合小型机载激光雷达系统自身的特点，对航高、航速、相机镜头焦距及曝光速度、扫描频率等航摄参数进行设置；为获取高质量的数据，本次工程共设计了两条航线，能充分满足测区的带宽和激光点云密度要求。
3.3 数据处理
数据处理包括数据预处理和数据后处理。数据预处理是对的激光点云数据大地定向和计算影像外方位元素；数据后处理是在预处理的基础上经过点云去噪、滤波及精细分类，快速自动分离出精细的地面点（图5）及分类后的电力线点云数据（图6），可以快速提取交叉跨越高度。通过对精细的地面点构建不规则三角网格TIN即可快速生成DEM数据（图7），去噪后的所有地物点即可快速生成DSM。使用精细分类的地面点对数码影像单张正射纠正，通过镶嵌匀色即可生成高分辨率正射影像DOM（图8）。
（1）精细分类后的地面点
（2）精细分类后高密度电力线点云数据用于获取交叉跨越高度
（3）高精度数字高程模型DEM和数字表面模型DSM
（4）高分辨率正射影像DOM
3.4 线路优化设计
通过后期数据处理得到的成果有DOM、DEM、DSM、分类后的电力线点云，将数据成果导入到基于激光雷达数据输电线路三维优化选线软件中，充分利用机载激光雷达系统的多种数据成果，进行室内可视化电力线路选线优化设计，为线路设计提供多种辅助信息，如房高树高、面积坡度量测、线路交叉跨越高度测量、快速平断面/塔基断面/塔基地形图等。
在三维输电线路优化设计系统中能够快速对已有电力线路交叉跨越高度进行量测（图9）；在线路设计过程中基于精细DEM快速获取不同方向、不同深度的断面数据（包括植被以下区域）；高分辨率正射影像图结合DSM数据可以从中精确量取待拆迁房屋面积及待砍伐植被面积，同时能够实现线路的优化，减少线路与房屋、植被的跨越，同时对重要地物（高速路、铁路等）跨越角度进行评估（图10）；根据优化选线结果及DEM，可以快速自动获取线路平断面图、塔基断面图及塔基地形图，最终优化选线结果如图11所示。
3.5 精度分析
通过外业实地检查对本次植被覆盖区输电线路测区应用机载激光雷达技术勘测获取数据进行精度评估，整个测区获取了高密度点云数据，平均个平方米有6～7个点；整个线路测区高程中误差为31cm，平面中误差为65cm，完全满足电力选线需求。
结语
通过应用小型机载激光雷达技术在植被覆盖区域输电线路勘测优化设计，通过将小型机载激光雷达系统搭载在动力三角翼上能够快速灵活响应工程需求，快速获取线路走廊区域精细的三维地形数据且数据精度高，满足电力设计精度要求；通过应用基于LIDAR数据成果的三维输电线路优化设计系统，对激光雷达获取的数据进行管理与浏览，进行三维优化选线，为电力选线提供多种多样的信息辅助选线，避免了大量的外业测量，减少了树木砍伐量及房屋拆迁量，提高了作业效率，具有很大的经济效益和社会效益。
参考文献
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关键词：地形测量；水下地形测量；地面地形测量
地形测量包括很多种，其中测量难度比较大的有水下地形的测量、淤滩地形的测量、潮间带地形的测量以及复杂地形的测量。创新地形测量方法，对简化测量过程，提高测量的精确度具有重要的意义。目前，激光雷达技术、海洋激光探测技术和超站仪测量技术的出现和应用对地形测量的发展具有重要的意义。
一、水下测量的网络RTK技术
（一） 网络RTK技术的应用方法
利用RTK技术来进行水下地形的测量的步骤如下：第一，在测量的区域内均匀的布置控制点，通过这些控制点来测量它的坐标成果。第二，将控制点的WGS坐标输入到水上测量软件中，并将转换参数计算出来。第三，将测深仪的换能器以悬挂的方式固定在测量船的一侧的中间位置，测量好换能器的吃水深度，然后调试好测深仪的声速和吃水的参数。第四，安放GPS接收器，在安装的过程中GPS接收机的天线最好能够安装在固定换能器杆的顶部，这样能够很好的保证测量点平面位置的准确性。第五，在导航软件上输入水上测量的范围，根据测量区域的情况与测量地图的比例尺来完成测线的布置，同时设置好数据的采集方式，然后和网络RTK与测深仪进行连接，按照预先设置好的测线来进行导航并且进行数据的采集[1]。
（二）网络RTK测量技术的优势
相较于传统测量技术，网络RTK测量技术有明显的优势，具体表现在以下几个方面：
第一，网络RTK测量技术可以通过广域差分的GPS和局域差分的GPS削弱系统在应用过程中受到的其他干扰，从而保持测量结果的精准性。第二，网络RTK测量技术和单站RTK测量技术相比，它的覆盖面更广；定位的精度更高，可以实时提供精确到厘米级的定位，定位的精度不会受到距离的影响；同时可靠性非常强。第三，网络RTK测量技术的基准站上配置了双频全波长的GPS接收机，能够同时提供精准的双频伪距观测值。
（三）应用案例
在对钱塘江入河口的水下地形进行测量的时候采用的是卫星定位技术，其中网络RTK测量技术就是其中的一种。网络RTK测量技术从2011年开始被应用在钱塘江河口水下地面的测量中，在使用的过程中提供了厘米级、毫米级、亚米级等不同级别的导航和定位服务。虽然网络RTK测量技术没有覆盖整个测量范围，但是目前也已经成为进行钱塘江河口水下地面测量的主要方法[2]。
二、水下测量的海洋激光探测技术
（一）海洋激光探测技术的应用原理
海洋激光探测技术的应用原理与利用回声进行探测的原理相似，利用飞机装载蓝光和绿光的发射和接收设备，激光雷达从飞机上向水面发射激光，这种激光具有窄脉冲、高频率的特点，发射之后记录水面对激光的反射时间，记录水底对激光的反射时间，通过这两个时间的时间差，结合激光的摄入角度、水体对激光的折射率等因素，获得测量点的水深。然后再根据定位信息、飞机信息、潮汐信息等确定探测点水深，从而根据水深的变化完成水面地形的测量[3]。
（二）海洋激光探测技术的优势与不足
海洋激光探测技术以飞机为载体，具有很好的机动性，通过GPS定位系统，能够满足大面积水域地形的测量要求，具有测量的面积广、速度快、精度高、成本低等优势。但是目前由于受到激光的限制，利用海洋激光探测技术只能测量水深在50米以内的水下地形。
（三）海洋激光探测技术的应用案例
在对钱塘江河口的地形探测中使用海洋激光探测技术进行水下地形的测量，和水上测量的激光雷达技术相结合，形成一个全方位的探测系统，实现了水上和水下空间的一体化处理，在很到程度上满足了研究过程中对数据的需求。
三、复杂地形测量的超站仪测量技术
（一）超站仪测量技术的流程
使用超站仪测量技术来对复杂地形进行测量的测量流程是：第一，布设首级网点，在布设网点的过程中可以在便利的位置安置仪器，通过GPS来确定布设位置的三维坐标，不需要精准的设置控制点。布置好首级网点之后要进行测量。第二，利用GPS的定位功能来进行图根的测量；第三，利用全站仪的功能来进行碎步测量；第四，利用数字化技术形成测量图。
（二）超站仪测量技术的优势
超站仪是由GPS和全站仪共同组成的一种新的测量仪器，它主要由参考站、碎部点反射棱镜、流动站和其他的附属部件构成，除了具有GPS的功能和全站仪的功能之外，还有具有支持GNSS定位系统的功能。通过流动站与参考站将GPS静态定位功能和快速静态定位的功能相结合，按照椭球面和坐标系统需要来进行投影，完成参数转换，然后依照相对定位原则，计算并显示出用户观测站的三维坐标和精度，而其他的碎部点的获取通过反射棱镜来完成。从而降低了复杂地形的测量难度，节省了测量时间，提高了测量效率，提高了测量精度。
四、激光雷达技术
（一）激光雷达技术的应用原理
激光雷达技术通过用飞机承载雷达，雷达通过一定的位置、角度和距离直接获取被探测地点的三维坐标，从而完成对地表信息的提取，完成探测地点三维坐标的重建，是一种集全球定位系统、激光扫描仪、惯性导航系统于一身的空间测量技术[4]。
（二）激光雷达技术的应用优势
使用激光雷达技术进行地面地形的探测具有很大优势，具体表现在以下几个方面：第一，通过激光雷达技术获得的数据经过综合处理之后可以获得探测点的三维成像结果，它的空间分辨率和时间分辨率都很高。第二，因为雷达是由飞机负载的，所以它的动态探测范围很广，并且在探测的过程中可以穿透植物的阻挡，直接获取高精度的探测地的三维坐标。
（三）激光雷达技术的应用案例
激光雷达技术的使用性很强，对环境的敏感度很低，所以在城市建模、城市规划、环境监测等方面有着广泛的应用。同时在钱塘江的河口地形探测中被用于进行滩涂的地形测量。
结语：
随着经济的发展，人类活动范围的扩大，对地形测量的精准度的要求也越来越高。目前在地形测量方面出现了一系列的新技术，比如海洋激光探测技术、超站仪测量技术、激光雷达技术、网络RTK测量技术等，这些测量技术的出现在很到程度上简化了测量过程，提高了测量的精准度，为地形的测量做出了重要的贡献。
参考文献：
[1]覃行流.浅谈地形测量方法的新进展[J].技术与市场，2011，（6）：96-97.
[2]罗晓兵.有关一次GPS地形测量技术的探讨[J].广东科技，2012，（2）：104-104+106.
关键词：视频监测；超声波；雷达
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.04.167
1 引言
输电线路在线监测技术是指直接安装在线路设备上可实时记录表征设备运行状态特征量的测量系统及技术，是实现状态监测、状态检修的重要手段，状态检修的实现与否很大程度上取决于在线监测技术的成功与否。本文主要在目前存在的检测技术进行了相关研究，阐述了视频监测技术、超声波技术以及雷达技术及存在的不足，表明了需要一种可以对现场状况实时监视，对现场即将要发生的各类事故，起到积极快速警告，避免现场可能产生损失的监测系统需要出现。
2 视频监测技术
目前的监测手段多为视频监测技术。当有外物入侵时，采用摄像头捕捉现场画面，采用背景差分法原理，建立高斯背景模型算法，根据捕捉到的帧与背景模型对比，判断入侵物体类型，并结合现场情况进行紧急处理。
背景差分法原理是对视频背景的场景建模，然后监测到的图像序列帧与背景模型帧进行差值运算，然后可以获得差分图像，将背景模型与差分图像中的像素值进行比较，如果改c的像素值大于给定的值则认为该点属于运动目标区域。否则为背景区域。
差分图像为：
其中为查分图像，为当前帧图像，为背景图像。
目前，输电线路在线监测应用最多的是视频监测技术，视频监测技术虽然可以准确的了解现场的情况，但是受外界环境影响比较大，而且存在盲区等缺点。
3 超声波技术
系统的工作核心是PIC16F73单片机，通过超声波发射与接收电路进行信号的发出与接收，通过单片机对接受的信号进行分析、处理并计算出目标的距离等信息。，并将该信号通过GPRS等无线传输方式传输至监控终端，最后又监控人员对现场情况进行处理。
超声波技术的优点是灵速度快、敏度高、而且成本比较低等优点，但超声波技术存在探测距离短、易受干扰、发生误报率高等弊端。
4 雷达技术
雷达技术优势在于扫描分析监控范围无死角，雷达扫描分析是采用雷达监控技术手段，可根据设定的安全范围，所监测的范围为塔基地面及上空的全景的范围，完全满足监控输电线路对各个空间环境及突发性监控的要求。
5 一种新型输电线路在线监测系统
新型检测系统是综合采用雷达与视频相结合的监控系统。当物体移动至前后雷达监视区域时，装置捕获到斜面测量距离，通过斜面与垂直夹角，迅速计算出物体的垂直高度，继而通过视频监测系统判定模型得出即将出现的危险，如果超过安全距离，判定模块会迅速将预警信息发送至集中控制单元，单元将信号快速联动发送至前端喊话与警灯装置，警示装置以声音和灯光震慑现场，起到预防作用，如果入侵物体仍旧坚持通过垂直区域，标志事故已发生。
6 结语
综合以上几种输电线路在线检测技术的研究，我们可以知道：输电线路防外力破坏应用最为广泛的是单一的视频技术，但容易受到天气的影响，而且功耗比较大。超声波技术同样有监测死角，功耗较大等不足。鉴于雷达所具有对温湿度变化噪声和光线灵敏度低以及抗射频干扰能力强等优点，作为新兴技术，将被广泛的投入到实际应用当中。但是，雷达同样存在价格、安装等问题，需要专家，学者进行进一步的研究和探讨。
参考文献：
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关键词：LIDAR 高速公路线路 优化 DEM
中图分类号：TB22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0031-02
机载激光雷达系统（Light Detection And Ranging，简称LIDAR），也叫机载激光雷达，是一种安装在飞机上的机载激光探测和测距系统，它集成了激光扫描仪、差分GPS系统、IMU（Inertial Measurement Unit，惯性量测单元，用以量测飞机平台的飞行姿态）、数码相机。在动态载波相位差分GPS系统和IMU的支持下，激光扫描系统通过激光扫描器和距离传感器，经由微计算机对测量资料进行内部处理，显示或存储、输出距离和角度等资料，并与距离传感器获取的数据相匹配，经过相应软件进行一系列处理来获取被测目标的表面形态和三维坐标数据，从而进行各种量算或建立立体模型。
1 LIDAR数据获取的基本原理
当机载LIDAR航摄飞行时，激光扫描仪发射、接收激光束，对地面进行线状扫描，与此同时，动态GPS系统确定传感器的空间位置（经纬度），IMU测量飞机的实时姿态数据，即滚动、仰俯和航偏角。由于系统的几个部分同步工作并集成于一体，GPS 和IMU的数据融合极为方便，所以经后期地面数据处理后，即可获取地面的三维数据。
2 LIDAR用于高速公路线路优化设计的模式
三维激光雷达技术应用于高速公路线路优化设计包括数据获取、数据处理、优化设计等工作内容。
（1）原始数据采集。
在航飞前要制订飞行计划，安置全球定位系统接收机、激光扫描测量、惯性测量、数码相机等。
（2）基础数据处理。
机载激光雷达测量系统在野外采集得到的数据需要进行一定的处理才能得到需要的信息。数据处理的内容包括：确定航迹、激光扫描测量数据处理、数据分类处理、坐标匹配、影像数据的定向和镶嵌、建立三维地形模型。
（3）线路优化设计。
以高精度、高分辨率正射影像和激光点云数据、数字高程模型数据为基础，采用二、三维结合方式，结合架空高速公路线路设计业务需求，采用多人协同设计，实现高速公路线路路径优化设计的一体化全流程应用。
3. 工程应用实例
3.1 工程概况
针对某高速公路线路工程（线路长度约为130 km）。多为山地地形。植被以稀疏灌木林为主，局部间杂茂密，交通条件一般。
3.2 激光测量系统检校
将机载激光测量系统安装到飞行器上后，首先必须进行系统检校，以获取相关参数，保证数据精度。包括激光扫描仪的检校和数码相机的检校，必须按照相关技术手册进行。
3.3 地面GPS设基准站
激光飞行时需在地面布设GPS基准站，旨在航摄期间连续获取与机载GPS同步的观测数据，通过事后联合差分解算机载GPS轨迹。相邻基站间最大间距不得超过60 km。
3.4 实施航空摄影飞行
根据激光测量系统的检校参数，结合工程设计的航带，确定作业飞机的飞行参数及测量参数，选择合适的影像地面采样率、带宽和激光点间距等参数，实施航飞过程。
3.5 数据处理
将机载激光扫描测量数据转化为线路勘测设计数据大致要经过下列几个步骤。
3.5.1 构建数字化立体作业平台
利用激光扫描测量系统所获取的DEM数据和正射影像数据，恢复测区立体模型，并在此基础上对线路路径进行优化。由于本系统所产生的三维立体模型是以正射影像数据为纹理、以实测的激光点云数据为基础建立起来的真三维实体，可以从不同角度对同一地方进行观察。因此，以此立体模型作为选线平台，可以大大提高选线结果的可信度和可靠性，使线路路径走向更加经济合理。
3.5.2 制作DEM、DSM和DOM
采用专业软件，导入激光点数据，设置分析参数，进行自动分类，区别地面、房屋、植被等，经分析对比，目前自动分类准确率仅为20%～30%。在此基础上采用人工干预方式结合影像进行精确分类，得到准确的数字高程模型和数字表面模型和房屋等信息。采用数码影像和精度更高的激光数据，经过纠正、镶嵌，可以获取比传统方法更加精确的正射影像图（DOM）。
3.5.3 制作平断面图
平断面图是高速公路线路勘测的主要成果之一。平面图通过立体作业平台获取。在断面图绘制中，中线、边线断面及风偏危险点从DEM中自动提取。由于激光扫描测量系统所采集的点密度非常大，精度也较高，所含信息丰富，使得中线、边线断面可以同时获取DEM和DSM 2种数据，并且更加贴近真实地表，更好地服务于计算机的自动优化排位。在本工程中，我们将常规工程测量方法获取的数据、传统的航测摄影测量数据和激光扫描测量数据进行了比较，证明机载激光扫描测量数据是可靠的，其断面精度略高于普通航测断面精度。
4 结论
实践证明三维激光雷达技术，用于高速公路线路等工程优化设计具有创新性和代表性，打破了传统设计的方式方法，从数据获取及处理、初步设计、优化设计、终勘定位、三维模拟、运营维护管理等方面建立了一体化的、三维可视化的系统性技术体系和支撑平台。随着三维激光雷达技术与相关技术的进一步融合，将会对高速公路工程的设计运营产生深远影响，三维智能数字高速公路将真正成为可能。
（1）三维激光雷达技术使整个高速公路、火车站基于三维真实场景，并与实时监测、视频等于一体的可视化成为可能；三维激光雷达技术使已建、新建高速公路，以及高速公路相关环境所有信息快速、低成本、高精度、全面获取成为可能，将实现高速公路的真正信息化。（2）三维激光雷达技术与三维可视化技术、专家知识技术的融合，实现高速公路的三维可视化、智能化的仿真成为可能；基于三维激光雷达技术等获取的专家知识库，可以实现暴雪、暴雨、泥石流等对高速公路的影响，实现高速公路安全的智能化预警、应急调度及防治。
参考文献
钻芯取样法是在公路建设过程中最常采取的一种传统的检测路面是否安全的方法，这种检测方法会对公路造成破坏，不具备代表性，人为因素的影响非常之大，并且其检测结果缺乏准确性。现如今，科学技术快速发展，在公路工程检测的过程中引入了地质雷达检测技术。这项技术有快速采样、检测精度高、分辨率高，经济无破损等等特点，很好的弥补了传统检测方法的不足，因此，将地质雷达技术应用在高速公路检测中具有非常重要的意义［1］。
1工作原理
1．1系统构成
完整的探地雷达(GPR)包括多个系统，具体的发射机，接收机，天线和信号处理等发射机传输，脉冲雷达信号控制电路，信号的天线辐射到人行道上，紧随其后的是接收反射信号，接收信号的过程中，需要使用放大器进行信号放大，然后将信号放大信号处理设备进行处理。同时，天线可以用来发送和接收信号，耦合天线在地面和空气耦合信号是主要的两种类型的天线，发射器和接收器不断与天线连接和切断分离器，分离器主要是防止接收机输入元素被高能发射机的输出;接收反射信号数据采集、存储、处理和显示了信号处理设备。
1．2检测原理
地质雷达探测原理是低到地面点火脉冲式高频电磁波，电磁波传播过程中如果遇到的对象不同的电气、散射和反射，反射电磁波天线，然后分析电磁波处理，不同的反射波的强度和形状，双向旅行时间反映了不同的结构，位置和电气性能。使用脉冲电磁波反射地质雷达探测技术的原理于公路工程结构层，疾病检测、预防、隐患，因为它是一种非接触式的物理检测方法，因此，可以解决许多公路工程中的问题。
1．3检测依据
地质雷达探测技术具有无损检测的特点，而且经常被用于高速公路探测，因为地质雷达探测深度小的特点，高分辨率，因此，即使测试中没有电的区别在道路和道路，也可以检测到。电的区别越小，反射系数越小，使反射信号越少，反之亦然。当前道路结构层分为三部分:表面，基础和地基。水泥混凝土材料或改性沥青材料建筑通常用于路面、稳定碎石、石灰稳定材料，水泥稳定材料分类的水泥混凝土和粉煤灰石灰材料通常用于路面基层。使用水泥混凝土路面材料建筑，介电常数在3～5之间，用沥青材料建筑，介电常数在5～10，高速公路基层介电常数在8以下。由于各种结构层不同的介电常数，为地质雷达探测技术的应用提供了有效的检测基础［2］。
2发展现状
2．1探地雷达技术的发展
由于电磁波的地下介质衰减强，同时与空气相比，地下介质更加地复杂和多样，因此，在早期，探地雷达主要被用在冰层和岩盐矿等介质中，随着时间的推移，在20世纪70年代以后，不断地涌现诸多的新材料和新技术，探地雷达技术也得到了快速的发展，水平也有大幅度地提高。现如今，探地雷达技术被运用在道路下空洞以及裂缝探测、埋设物探测等等多个领域，取得了比较好的成效。
2．2国内外主要探地雷达
经过这么多年的研究，探地雷达(GPR)已成为一项成熟的技术，国内外许多制造商研发出不同的探地雷达(GPR)系统。加拿大和美国的技术是最成熟的，国外探地雷达(GPR)设备和服务公司主要有五家，第一家是地球物理探测设备，从15MHz～2GHz探地雷达(GPR)系统，并用于处理数据分析软件包，更全面，第二个公司是美国的Penetradar公司，该公司提供了探地雷达(GPR)系统和相应的数据分析，第三家公司是美国脉冲雷达、探地雷达(GPR)设备和道路检测服务，还有加拿大的探地雷达，该公司的系统主要用于高速公路和桥面板检测。在我国，主要研究对象为电磁散射特性模拟和数据处理方法，对硬件系统并不完美，但在吸收国外的经验，研发出了雷达原型，例如，中国科学院SI2R类型的探地雷达(GPR)，东南大学GPR-Ⅰ型迪泰探地雷达(GPR)和大连理工大学的探地雷达等。中国电波传播研究所和国际阿德尔地雷检测技术有限公司，是一家业务化探的主要单位，开发了一系列的软件和硬件产品。最早的研究单位开展地下目标探测技术是中国电波研究所有限公司开发的系列探地雷达(GPR)系统，并介绍了高等级公路探测器的风格。
3雷达在公路工程检测中的应用
3．1检测厚度
《公路质量检验评定标准》规定，高速公路沥青层厚度和总水平偏差5%的h(mm)，极端值是10%h(mm);上层代表值是10%(mm)，极端值是20%(mm)的值代表水泥－5%(mm)，极端值是10%(mm)。传统方法是钻井方法，该方法会破坏路面，从而限制检测的次数，也不能保证测试的客观性。探地雷达(GPR)是不同的，主要根据电磁脉冲的传播在路面和路基接口速度以及旅行时间确定，因为是一种无损检测技术，可以非常好的解决上面的问题，对厚度检测的精度，探地雷达(GPR)设备已经达到了正常的标准。德克萨斯交通研究所一直在使用探地雷达(GPR)检测厚度，使用TERRA检测数据处理软件，发现平均0．75cm的偏差，符合分析探地雷达(GPR)标准。
3．2探查路下隐患
很难感知道路隐患，只有在很长一段时间后，会造成损失，维修道路往往需要相当大的成本，难度非常高，甚至给公路的正常通行带来不利影响。探地雷达检测隐藏的危险具有的独特的优势为，通过检测问题可以及时发现，避免道路坍塌，缩短公路养护时间，避免主道路的内在质量和寿命受到间接破坏、严重破坏。探地雷达(GPR)仍处于探索阶段，1980年早期在国外做相关测试，获取信息从人行道上呼应，路面位置、深度和尺寸数据可以发现，与此同时，有关学者研究其缺陷，空气耦合天线是用于分析缺陷检测，取得了理想的结果。大量的试验结果表明，探地雷达(GPR)是一种非常有效的方法，值得推广应用。
4探地雷达数据预处理
预处理包括基本消除固定杂波、信号处理、过滤等，主要用于消除无效的数据，提高数据质量，提供可靠的数据源进行下一阶段的处理。正常处理主要包括一些常用的数字信号处理方法，这些方法基本上是相似的，可以提供基本的处理结果，进一步方便工作人员分析，为处理提供依据。一些特殊的处理方法中需要使用先进的治疗，在路上与探地雷达数据处理主要路面估计的电磁特性、层厚度和异常检测方法。通过上面的数据处理，并使用结果的图像或语句，对道路状况进行综合评价。
5结语
测绘信息技术其可以主要应用于地球测绘，其可以测绘处事发地点、事发时间和周围环境的情况。随着经济快速增长，测绘技术也在不断的发生着升级，当前世界各国将信息化测绘技术作为重要的发展战略进行研究。因为信息测绘技术以其强大的测绘方式和内容随着国家信息化环境的变化发生着很大的变化。信息化在测绘技术中应用非常广泛，而且其在国家经济建设和社会发展过程中具有非常重要的作用。信息化测绘最终本质的特征和内涵具有有效的地理空间信息服务，现代化信息测绘技术逐渐朝着学科交叉和融合方向发展。测绘技术在信息化的过程中，必须提升全面服务能力，建立起有效的信息化测绘技术。从学科和技术进行分类，可以将信息化测绘体系分为几个组成部分：现代化测绘基准体系、地理空间信息获取体系、基础信息资源体系、自动化空间信息处理体系、丰富地理空间信息产品体系以及网络化地理空间信息服务体系。信息化测绘体系建设已经成为了我国新时期测绘事业发展的重要战略任务。作为测绘学科来说，信息化测绘技术既能够适应当前我国对于测绘技术的需求，同时还能够促进我国现代化测绘技术与理论的发展。
二、现代化信息测绘体系构建
（一）卫星定位测量法
1、现代信息化测绘基准建设随着现代化信息基准建设不断发展，确定地理空间信息以及集合形态和空间分布的技术基础可以有效反映出各个世界空间和参考基准。现代化测绘技术主要是由大地测量坐标系统、重力系统、高程系统以及深度基准等组成。近年来我国现代化测绘基准建设已经取得了相应的进展，因此建立相应的测绘基准，可以有效促进其发展。2、全球导航卫星系统组建当前随着全球卫星定位系统发展，现代化信息测绘体系的正在我国逐渐建立，随着我国北斗二代导航系统组建，建立起全球导航卫星系统将变得日益可行。美国和俄罗斯布置的GLONASS系统，其作为全球卫星定位系统服役，组建全球导航卫星系统将会成为今后一段时间主要研究内容。
（二）航空航天测绘
由于高分辨率信息化卫星测绘技术取得了极大的技术突破，卫星影像测绘图正在朝着实用化方向发展。高分辨率的遥感卫星成为了卫星测绘多样化发展，由单线阵组成的推扫式扫描成像技术变得更加合理。通过采用大范围同轨和异轨立体技术逐渐提升了测图的高精度，使得地形测绘技术变革朝着正引方向发展。高分辨率遥感卫星数据处理的时候，包含了高精度的函数模型处理，并且在地面的控制点具有大区域网平差异技术作为基础，多基线和多重的匹配自动匹配技术。高分辨率遥感卫星逐渐成为了我国地形图基础地理信息的重要数据源，地面控制的时候对于自由网的平差技术可使得境内和境外地形测试更加现实。
三、信息化测绘技术的具体应用
（一）精密工程与工业测量应用
精密工程测量与卫星定位具有精度均匀、速度快以及对控制网图形要求低等特点。目前已经建立起高精度、高分辨率的大地水准面数据结合模型，使得对于工程控制网逐渐发展到二维、三维，并且彻底改变了工程测量中平面和高控制网方法。三维测绘技术就是在进行测量的时候建立起空间三维坐标，可以确定目标的几何形态、姿态和空间位置，对于目标进行三维重建。通过在计算机上建立起虚拟现实景观模型，目前有多种的三维测量仪器，并且使用三维测绘技术完成相应的测量工作。三维测绘技术主要是实现激光扫描，其能够直接获取待测地物的坐标信息。
（二）海洋与航道测绘技术应用
海洋测量已经逐渐摒弃了传统无线电定位手段，采用GPS各种各样测量形式。研究卫星导航定位进行测试的时候其能够利用观测技术对船进行测量和观察，利用北斗卫星能够实现对其高精度定位。利用GPS测速的基本原理，采用无线电标/差分析，研究运动物体速度测量的方法和精度。海洋探测的时候，在运动的平台上进行探测，由于受到测量船和仪器的噪声影响，使得探测仪的参数设置上会受到严重的影响。因此对于单波速和多波速进行测量的时候主要针对其效率和测量的精度进行数据处理，确保整个测量的过程显得更加精准。例如，在水域中测量界限提取时，必须针对海岸带进行监测，还要对浅海故障进行监测，例如采用声纳图像处理完成对动态的航标进行导航。
（三）机载激光雷达技术应用
机载激光雷达技术其利用激光进行扫描，然后采用全球定位系统进行测绘，通过接受测绘目标反射光束然后完成目标测定定位。机载激光雷达技术和传统的航空摄影测量进行比较，机载激光雷达技术可有效穿过树林的遮挡，从而直接取地面点精度高三维坐标数据，并且完成相当的内业处理。机载激光雷达技术目前硬件技术比较成熟，其测量的精度可以达到厘米级别，经过数据处理的软件发展却相对落后，数据处理过程中的相关算法还不成熟。利用机载激光雷达技术进行数据处理的时候由于缺乏相应的纹理信息，不能够完成相应的匹配和地面控制。
四、结束语
关键词：AIS技术；航海；应用
现如今我国的航海事业获得了很好的发展，需要有完善的通讯以及监测系统保障航运事业的安全与稳定。AIS在目前的航海技术中占有十分重要的地位，具有传统技术所没有的优势，并且能够在很大程度上优化信息监测与交互。在航海工作中应科学地使用AIS技术，形成完善的系统体系，进一步促进我国航海事业的发展与进步。
1 AIS技术的概述分析
1.1 AIS特点分析
AIS系统能够对船舶之间或者船舶与船岸之间进行信息的沟通交换，从而对船舶进行有效的识别，能够自动接收数据并科学的处理与发射，即使船舶间的距离比较远，或者距离岸台较远时，也能够不间断的、自动的将自己的位置、航速以及航行方向等发送给其他船只或者是岸台，并接受中心站发出的助航信息，[1]使得船只在航行过程避免出现安全问题。
对于比较微小的目标，雷达技术不能很好的将其不足识别出来，与当前航海通讯的实际发展需要不相适应。在使用雷达技术时，需要做好各方面的沟通工作，但是有时由于沟通不畅，船只间就会产生交流的障碍，不能很好的理解和把握对方的意图，导致航行出现困难，甚至船只间发生严重的碰撞。现如今造船行业快速发展，船只的体积越来越大，航行的速度也大幅度提升，这使得航运过程中事故的发生几率也增加。为了保证船只航运的安全、稳定，就需要在航海过程中科学的使用先进技术，比如GPS、VHF等，[2]但是这些技术手段的应用也无法有效避免碰撞事故的发生，这时就产生了AIS技术，也就是船舶识别系统，它能很好的避免雷达等传统技术的不足，减少碰撞事故的发生，并且有助于船只之间信息数据的交流与互动，同时能够弥补雷达存在观察盲区的问题。对于外界干扰，AIS技术有着很强的抗干扰能力，天气等因素的变化不会产生杂波，监测的目标也不会消失。而且AIS能够快速技术的反馈信息，一般响应的时间不会多于3秒。
1.2 AIS的原理
AIS的组成部分主要分为接口电路、信息处理器以及VHF收发信息机。
接口电路主要是接收本船船位信息，涉及本船的航行速度、航行方向等，经过数字化技术处理，将其输入到信息处理其中。
信息处理器涉及解码器和编码器两个部分，这是AIS核心部分，其中包含本船的航海信息，比如船的名字、型号、航线以及运输货品的危险等级等。[3]对这些航海信息进行编码，发射给VHF。信息处理器还能够对航海过程中的周边传播航海信息进行收集，解码信息之后，能够与本船信息一同显示在信息监视器上。信息处理器不仅能够保存和处理航海信息，还可以进行管理控制，使得信息更加混却，避免航海信息被无关因素干扰。
VHF收发信息机主要由发射机和接收机构成，使用AIS系统管理控制信息。依据国际上专用的频段自动的接收和发射信息，专用频段一般有两个，即CH87B和CH88B。AIS系统可以在两个频率上同时工作，提高信息的抗干扰能力，使得系统的信息容量增加。若要规定AIS系统使用的频率，可以使AIS系统同时满足远程工作和近程工作的需要，并能够实现切换和选择频道的功能。
2 AIS技术在航海中应用
AIS技术能够很好的弥补雷达和VTS技术的不足，在航海中应用AIS技术能够使船舶的通讯以及信号监测有效的推进，提高航运的安全性与可靠性。
2.1 应用在船舶数据传输系统中
船舶在航行过程中，船只需要与附近的船舶、港口等保持联系和数据上的互换。航行中，如果船只间或者船只与港口之间的距离过大，存在雷达监测的盲区，为了使船只能够安全的运行，就需要建立完善的船舶数据传输系统，AIS技术在船舶数据传输系统的建设过程中起到极为重要的作用。使用AIS技术能够自动的发射、接收以及传输船舶间的数据，[4]使得船舶数据的通讯质量以及水平得到全面的提升。
2.2 应用到智能控制系统中
船舶的智能控制系统能够使船舶更加安全的航行，减少航行过程中出现危险的几率。能够提前对危险进行预警，从而使船舶事故发生的危险减小。AIS技术在船舶智能控制系统中也发挥着重要的作用，能够对船舶智能控制系统进行进一步的优化与完善。
2.3 应用到船舶避碰控制系统中
船舶避碰控制系统的建设是为了使船舶运行更加安全，减少航行过程中船舶发生碰撞的危险。使用AIS技术能够准确的定位船舶。相比于避碰控制系统，AIS技术的应用价值比较高。船舶航行过程中使用AIS技术，不需要无线电话就可以将周边附近船舶的信息获取到。若船舶在限制水域中进行航行，还能够自动获得周边船舶的信息。此外使用AIS技术还可以获得航行和港口的相关信息。获得准确的信息能够减少船舶发生碰撞的几率，使得船舶运行更加安全。我国的一些船舶已经开始使用AIS技术，效果十分明显，能够使船舶航行更加安全、稳定。
3 AIS技术的发展前景分析
AIS技术有助于推动航运智能技术的发展与进步，AIS技术能够将安全通讯以及相关信息等提供给船只，实现船只的智能化控制，减少船只碰撞。AIS技术能够保证航海安全，也有助于船舶智能化系统的开发与利用。
现如今，人们十分关注航海的安全性，AIS技术能够使船只的通讯水平以及信号等得到提升，在船舶航行过程中提前获得相关信息，从而采取有效的安全措施提高船舶航行过程中的安全，也能够为今后航运技术的发展打下坚实的基础。
AIS技术的运用能够与雷达技术实现优势上的互补，由于雷达在使用中可能存在盲区，使得航海的安全性受到了影响。而AIS技术的运用能够弥补雷达观察存在的盲区问题，AIS技术与雷达技术相结合，能够为航海提供科学的技术支持。
通过AIS技术，船舶获得的数据信息质量更高，使得航行能够顺利推进。AIS技术也可以为自动避免碰撞系统提供高质量的信息，加之信息显示装置的影响，使船只获得更加安全、快捷、最短的航行路线，[5]使得船只安全\行。就当前发展的形势而言，AIS技术有更好的发展，能够实现数据的智能化、网络化和共享，使其朝着更高方向发展。将AIS技术与VTS技术相结合，能够为船舶交管系统提供更大的技术支持。
4 结束语
总而言之，在航海中应用AIS技术能够提高船只航行过程中传输数据的质量，使得船只航行更加安全、可靠。对于航海事业而言，AIS技术发挥着极大地促进作用，也有着良好的发展前景，因此需要对AIS技术进行科学的分析与研究，积极创新，使AIS技术在航海事业中得到很好的应用，从而实现良好的经济效益以及社会效益。
参考文献
[1]陆民.AIS技术在航海实践中的应用分析[J].科技创新与应用，2016，27：291.
[2]叶海顺.AIS技术在航海实践中的应用思路研究[J].科技创业家，2014，04：135-136.
[3]林周.AIS技术在航海实践中的运用分析[J].数字技术与应用，2014，02：223.
