探测雷达技术在水工环地质勘察工作中的应用分析

探测雷达技术在水工环地质勘察工作中的应用分析

刘瀚元 邓安东

中国地质调查局西安矿产资源调查中心 陕西 西安 710100

摘要：随着科学技术的发展，我国的探地雷达技术有了很大进展，并在水工环地质勘察工作中得到了广泛的应用。开展地质勘查工作，能够加强对地质环境的了解，有效开发利用自然资源。在现代科技发展进步背景下，人们逐渐将其运用在地质勘察当中，地质勘察效果、勘察质量获得了明显提升，相关人员工作量也明显减少。要想保证勘察效果，就需注重对勘察重点的掌握。本文首先分析水工环地质勘察必要性，其次探讨探测雷达技术原理及系统构成，最后就探测雷达技术在水工环地质勘测中的应用进行研究，以供参考。

关键词：水工环；地质勘察技术；应用分析

引言

随着经济的发展与科技的进步，我国地质勘察领域得到了全面发展，多元化的地质勘察技术为当前的地质勘察工作提供了技术支持与保障，推动了我国地质勘察工作的开展。20世纪80年代，西方国家开始对探测雷达勘察技术进行研究，并在诸多领域实现了全方位应用。虽然我国对该勘察技术的研究时间略晚于西方国家，并在实际应用水平上存在一定差距，但是在新形势下，我国加大了对勘察技术的资金投入，探测雷达技术得到了全面提升，并在当前的水工环地质勘察工作中取得了显著成效。

1水工环地质勘察必要性

近年来，在我国部分城市群、大城市和小城镇开展了城市地质调查，在城市地质资源、地质环境、城市发展空间和制度等方面的调查评价工作取得了丰硕成果。在城市管理等方面开展地质信息服务建设，在调查方法、产品、服务、协调机制等方面积累了一定的经验。但与新型城镇化的要求相比，还存在工作理念落后、地质资料更新缓慢、标准体系缺失、工作机制不完善等诸多不足。在国家新型城镇化发展战略中，提出了新的城市发展理念。城市地质调查对于支持优化城市布局结构、拓展城市发展空间、推进绿色城市建设、提高城市安全水平等工作势在必行。新时期，城市地质调查要以新思路和大资源、大环境、大数据的理念开展。需要对空间、资源、环境、灾害等因素进行综合调查，为城市规划、建设、运营、管理等方面服务。还需要开发城市三维可视化地下地质模型，完善地质资源环境监测网络，建立开放、共享和动态更新城市地质信息服务与决策支持系统、开发服务产品体系、城市地质调查技术标准体系和保障体系。为实现这一目标，需要建立城市资源环境承载力、城市多层互动带和地下空间资源协同规划理论，研究解决城市地质勘探与监测中遇到的这些技术难题。陆地空间开发地质适宜性评价、地下空间开发利用地质安全评价、3D城市地质建模与公共服务等。

2探测雷达技术原理及系统构成

在水工环地质勘测过程中，探测雷达技术可以对地下勘测目标发送特定波长的高频电磁波，电磁波在地下介质传播过程中，通过均质地层介质时可实现稳定传播；在传导过程中遇到存有电性差异的目标体时，会对其进行反射，其反射回电磁波可被外部接收天线接收。通常情况下，介质间的电磁特性差异越大，介质间的界面就越容易被识别。技术人员可对接收的信息进行分析与处理，根据电磁波的传播时间及波形特征，通过信号振幅强弱对其目标体的基本特征进行推测，如目标体的空间位置、结构和几何形态等。

3探测雷达技术在水工环地质勘测中的应用

3.1基于雷达探测技术的机载激光雷达测量

雷达技术具有很高的空间和时间分辨率,可以精确地定位和跟踪目标物体,并提供精确的位置、速度、轮廓和尺寸等信息。且雷达作为远距离、实时测量的技术手段,能够在很短的时间内响应目标物体的变化,及时提供反馈信息,对于实时控制和干预提供了可靠的基础。因此,利用雷达探测技术对河道断面进行测量。在待检测河道,按照作业要求,选择在天气晴朗的条件下开展工作。利用上述所选择的八旋翼无人机设备搭载激光雷达扫描设备飞行两个架次,要求每个架次需要完成对6条航线的飞行。在无人机飞行的过程中,要求其相对航高为500m,飞机地速为80km/h,影响低敏分辨率为0.140m。LIDAR数据点密度设置为5.24点/m3,相机一般航向重叠度设置为75%,相机一般旁向重叠度设置为55%,航线间隔设置为40m。根据上述设置完成无人机的飞行任务,将现场得到的数据进行预处理和质量检验,为后续得到更高精度测量结果提供依据。基于雷达探测的机载激光雷达测量是由主机和天线将几兆赫兹至几千兆赫兹的高频电磁波发送给被测对象,当电磁波与具有不同电导率、介电常数的材料接触时,会在其界面上产生一种反射,该反射信号被接收天线所接收,而没有被耗尽的电磁波则会向更深的地方传递,如此反复,直至其能量被该材料所吸收,对该材料进行处理,从而得到该材料在地层中的赋存图像,并对图像进行识别。在使用GNSS设备时,在完成仪器的设置和坐标系的变换后,将GNSS装置置于已知的河流剖面控制点（起始点或终止点）上。在进入前,必须先对所测得的资料进行检查,并确认无误。在GNSS的运行界面中,完成GPS基础设置。在SBAS设置的一个下拉菜单中,可进行SBAS的自动追踪。由微分站计算出各个卫星的位置校正信息,再由上游注入站发送给GEO卫星,最后由GNSS向终端发送校正信息,以提高其定位精度。

3.2基于多径积累的非直视目标成像方法

此类方法主要将多通道雷达获取的多径信息在图像域进行融合/积累，从而提取出目标的位置。其无需将多径回波峰值和电磁波理论传播路径对应，避免了部分路径缺失导致的定位错误问题。在建筑布局已知的情况下，首先通过镜面反射构建虚拟雷达，接着构建不同路径的多径成像字典，最终对不同成像结果进行非相干融合，进而得到仅保留真实目标的雷达图像。然而上述方法使得多径能量聚焦的同时也导致部分杂波能量汇集，此外，扩展目标也会引起距离像展宽，这些均致使图像在非目标处亦积累出较高值，为真实目标的位置提取造成困扰。为此，基于图像域多径鬼影关联的多目标定位方法。与之前工作不同的是，该方法利用传统BP算法进行成像，所得到的图像中均为多径信号产生的鬼影目标。随后通过匹配的方式从其中筛选出真实目标位置所对应的一次多径鬼影，进而基于一次多径鬼影位置与真实目标位置镜像对称的关系实现定位。

3.3制定科学勘探流程

社会不断发展过程中，水工环进行地址勘探过程中，勘探范围逐渐扩大。在自然资源数量发生变化的状态下，勘探标准也在相应的进行调整，为保证勘探质量，勘探工作开展时，需严格执行相关流程。首先，勘探工作正式实施时，工作人员需对勘探区域中涉及到的各项因素实施全面调查，结合调查方法选择有效勘探方法。并且，工作人员应全面统计数据，将数据制作成图像或者是表格形式，进而为后期工作顺利实施创造良好条件。其次，处于设计阶段时，工作人员需基于勘测区域中涉及到的条件、因素，选择合理、科学方法进行勘探，进而使工作开展时的整体效率以及整体质量获得比较充分的保证。最后，应针对地下水中岩层、其它物质实施勘探检测，掌握相关数据，进而为后期工作在实施时可以提供便利。

3.4水文地质物探

地球物理勘探项目的基础数据和现场地震处理所需验证的数据应主要包括所有地震采集数据，如初始地震数据、观测系统和测量数据，包括不可能自检的地震设备的月度验证数据、采集的初始数据的噪声级、地震数据的质量等级、地震数据，检测点的精度和验收状态（死线、异常线、反向线、漏电等）。在原始轮廓上记录所得数据的质量和目标层的图像质量。

结语

随着科技发展及技术进步，我国地质勘察技术得到全面的发展及应用，使我国在资源及能源开发领域获得了行之有效的技术保障。良好的地质勘察技术能最大限度地提升当前资源及能源开采效率。因此，为提升我国水工环地质勘察工作质量及效率，促进我国能源及资源经济全面发展，水工环地质勘察部门需要对当前的地质勘察技术进行不断优化与创新，以此提升地质勘察工作的精准性及完整性，从而推动我国水工环地质勘察领域的可持续发展与完善。

参考文献

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