地面LiDAR在活断层典型地貌的应用研究

正激光雷达扫描技术(Light Detection and Ranging,LiDAR)是一种新型技术,在城市建模、气候监测、地形测绘及灾害评估等领域中发挥着重要作用,它的诞生引起了新的研究热潮,其典型代表有星载激光雷达(星载LiDAR)、机载激光雷达(机载LiDAR)和地面三维激光扫描仪(地面LiDAR)。其中被学者们经常采用的是机载LiDAR和地面LiDAR,机载LiDAR工作具有快速     

机载激光雷达技术在地质灾害调查中的应用——以四川九寨沟7.0级地震为例

九寨沟7.0级地震诱发的地质灾害具有高位滑坡远程灾害的特点,传统地质灾害排查手段无法有效解决隐患的早期识别问题。本文采用机载激光雷达测量技术,快速获取九寨沟地震核心景区的激光点云数据。通过构建高精度数字高程模型(DEM)、数字正射影像图(DOM),建立三维地质灾害解译场景,利用数字地形分析、地形形态学分析和计算机图像识别等技术,综合开展九寨沟高位远程区域内隐蔽性强、随机性大的地质灾害隐患早期识别与分析。应用实践表明,机载激光雷达测量技术可以提高九寨沟地震灾区地质灾害隐患的早期识别能力,对进一步提高综合防灾减灾能力提供了一些可借鉴的思路。     

FFIM用于机载大气激光雷达 ABCT反演的可行性研究

Fernald前向积分法能否用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数的反演一直是一个有争议的课题.本文利用青岛机载大气探测激光雷达实测数据、国外机载大气探测激光雷达实测数据和机载大气探测激光雷达模拟数据,对Fernald前向积分法应用于不同高度的机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演的误差进行了定量分析,分析结果表明:飞机的飞行高度在3.5 km左右,标定值存在20%的误差时,离地面2 km的高度范围内反演得到的气溶胶后向散射系数的相对误差在12%以内,但在标定点附近相对误差可达20%;飞机飞行高度在7 km左右,当标定值存在100%的误差时,反演得到的气溶胶后向散射系数的相对误差大都在10%~15%之间,标定值存在400%的误差时,反演得到的气溶胶后向散射系数的相对误差大部分在15%~50%之间.本文从理论上对Fernald前向积分法应用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演出现负值的原因进行了探讨.研究表明:Fernald前向积分法能够较准确地反演出中高空探测(4.5 km以上)机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数,但应用于低空探测(4.5 km以下)机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演时,反演误差较大甚至反演结果会出现负值.     

LIDAR点云的获取及分类方法浅析

Lidar能够实时快速的获取高精度的三维地面信息;Lidar产品能方便的与多种实用程序软件接口直接连接,如CAD、三维动画软件等等。这些优势使得Lidar得到了越来越广泛的应用。机载激光雷达(Light Detection And Ranging,简称LiDAR)量测技术是应用机载激光雷达系统进行三维空间测量,得到密集的地面物体的三维坐标点云数据,再通过相关软件处理后,获得DEM、等高线图、正射影像图及三维建筑物模型。由于Li DAR系统本身包含激光、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术,并与数字航摄仪相结合,而且激光脉冲不受阴影和太阳角度影响,其高程数据精度不受航高限制,因此经过专用软件处理,可在空中完成地面高程模型DEM及数字正射影像图DOM的大规模生产,大大提高航测成图的作业生产效率,减少生产环节,缩短生产周期,提高成图精度。由于比常规摄影测量更具优越性,近些年得到了迅速发展。     

机载激光雷达对青岛及周边海域的气溶胶探测

工作波长为532 nm的机载大气环境探测激光雷达AEDAL（Atmospheric Environment Detecting Airborne Lidar）装载在CMS_3807飞机上，于2005年11月7～11日期间在青岛地区及周边海域上空进行了飞行探测.此次实验的目的有两个：验证我国用于大气环境探测的激光雷达技术已经具备从地基向空基乃至天基发展的条件；获得青岛地区及周边海域边界层结构及大气气溶胶时空分布变化的特点.激光雷达的高时空分辨率为获取飞行路径上的边界层结构及气溶胶时空分布提供了可能.为了研究下垫面对边界层及气溶胶时空分布的影响，预定的飞行路径上包含了丰富的地形变化，有城市、丘陵、海区等.通过给出11月8日及11日的探测结果，不仅得到了不同地区边界层结构及气溶胶的时空分布特点，还可以看到冷锋、地形、地面气象场等因素对它们的影响.     

地震后机载LiDAR点云的地物区分方法研究

利用机载激光雷达扫描（Light Detection and Ranging,LiDAR）技术所得点云进行震后倒塌建筑物提取时,树木与倒塌建筑物的点云特征十分相似,较难区分。为了快速准确获取震后房屋建筑物的受损情况,本文提出使用回波次数比特征指标,结合前人所提出的点云回波强度、归一化强度、最邻近点高差、法向量夹角、X向坡角和Y向坡角等特征的均值和标准差,利用K-最近邻分类法实现单体地物区分的方法。对2010年海地7.0地震震后机载LiDAR数据进行了地面点去除,分别选取了未倒塌建筑物、倒塌建筑物和树木各50个训练样本和各20个测试样本,计算了各因子的分布及其均值和标准差,在分析的基础上最终选取了可分性较强的8个分类特征,利用K-最近邻分类法对测试样本进行了分类,结果显示分类正确率可达85%以上。研究表明选取多个有效的LiDAR点云分类特征可以较好地区分震后未倒塌建筑物、倒塌建筑物和树木,提高震后建筑物震害程度判定的准确性,为应急救援及时提供较为准确的灾情信息支持。     

考虑二次散射的激光雷达近似方程与低能见度的激光探测

本文针对低能见度的激光探测问题,建立了考虑二次散射的近似激光雷达方程。并对该方程的一些普遍特性进行了分析和数值估计。最后,对该方程在低能见度探测中的应用进行了讨论。     

利用激光雷达测量重力波三维结构

激光雷达观测得到的密度、温度等数据被广泛应用于大气重力波研究.瑞利激光雷达可以获取激光路径上的大气密度、温度数据.对于大气中的三维波动而言,单条路径上的观测参量能提取得到的波动信息有限.本文首先以单色重力波为例,分析了利用激光雷达直接观测三维波动结构的可行性.激光雷达垂直观测即可得到重力波的垂直波长,当激光雷达以一定的天顶角斜向测量时,所得到的波长包含了重力波的垂直波长以及水平波长信息.因此,利用激光雷达同时以三个方向(垂直、向南(天顶角30°)以及向西(天顶角30°))测量,可以提取得到重力波的垂直波长和水平波长.本文利用中国科学院国家空间科学中心研制的车载532nm瑞利激光雷达的经向系统和纬向系统同时以不同的指向角观测大气重力波,对利用激光雷达获取三维波动结构的方法进行了分析研究.本文给出了北京地区激光雷达观测重力波的诸多案例,分析了30~60km高度范围内北京地区大气重力波的垂直及水平波长信息.并以2017年11月7日观测的准单色重力波为例,结合再分析资料的风场数据,分析了该重力波的水平波长,垂直波长及传播方向等信息.     

机载探地雷达数值模拟及逆时偏移成像

机载探地雷达可以用于人类无法到达的危险地区、植被严重覆盖的地下目标体探测,然而由于机载探地雷达的特殊性,影响机载探地雷达探测效果的因素包括天线的极化方向、天线的飞行高度以及地表粗糙度等.为了研究这些影响因素与探测效果之间的关系,用三维时间域有限差分模拟电磁波的传播过程,以沙漠地区地下空洞掩体的机载探地雷达探测为实例,分别模拟了不同天线极化方向、天线高度及地表粗糙度情况下的机载探地雷达剖面,分析了各因素对机载探地雷达探测地下空洞目标体的影响.天线极化方向与目标体走向垂直更有利于地下目标体探测;天线距离地表越近,可以获得更高分辨率的雷达剖面;沙漠地表起伏越大,雷达剖面中的散射杂波能量越强,浅部地下目标体信号容易被掩盖.为了消除起伏地形造成的散射杂波,提出用逆时偏移成像技术对共炮集机载探地雷达数据进行偏移成像,成像结果优于基尔霍夫偏移成像结果.     

基于纯转动Raman激光雷达的中低空大气温度高精度探测

本文介绍了一套纯转动Raman测温激光雷达系统,通过高分辨光谱分光与滤光优化设计、收发精确匹配以及弱信号检测等技术,实现在武汉城市上空从10km至40km的中低空大气温度高精度探测.观测结果与同时段探空气球进行比对,在30km以下激光雷达探测温度与探空气球得到的温度数据吻合较好,最大偏差约为3.0K,表明了该激光雷达温度测量的可靠性.采用30min时间分辨率,在10~20km高度范围内温度统计误差约为0.3K(300m空间分辨);20~30km统计误差约为0.8K(600m空间分辨);30~40km统计误差约为3.0K(900m空间分辨).通过整晚的温度廓线反演,为研究中低层大气中的波动现象提供依据.该转动Raman激光雷达实现了至40km高度的高精度大气温度探测,进一步可与Rayleigh测温激光雷达30~80km的高度衔接,为实现中低层大气连续观测研究提供了重要手段.     

激光雷达(LiDAR):获取高精度古地震探槽信息的一种新技术

激光雷达技术是近几十年新发展起来的一种测量技术,已被广泛应用于工程测量、文物保护及地形测量等方面,近几年来活动构造的研究中也已逐步引入。作为活动构造研究的最基础的古地震研究一直还采用传统的地质素描技术进行探槽信息获取,数码照相技术的引入虽然解决了一些问题,但由于照相技术本身的限制,很难克服获取信息的变形和扭曲。激光雷达扫描系统的高信息量、高精度、便捷、安全和易操作等性能,为古地震研究开辟了获取数据信息的新手段和新技术。     

浅谈GPS技术在大地测量中的应用

GPS技术在大地测量中的应用十分广泛,这主要得益于其定位精度高、布点灵活、环境适应性强等特点。将GPS应用于大地测量工作之中,能够有效提升测量人员的工作效率,提高测量准确度,从而有效推进了我国大地测量技术的发展与进步。本文即着重分析了GPS技术在大地测量应用中的优势,并列举了其常用领域。     

森林冠层探测激光雷达的波形特征分析

机载激光雷达通过发射激光脉冲和接收返回波形的方式来探测森林冠层的三维结构,返回波形中包含了森林冠层不同高度处枝叶的后向散射特征.本研究在分析激光脉冲与森林冠层之间的相互作用关系时发现返回波形存在时长展宽现象,为此建立了立体散射体模型,并得到时长展宽量与散射体深度之间的对应关系.根据返回波形的不同特征将散射体划分为简单散射体、立体散射体和复杂散射体三种类型,提出单峰导数法和多峰导数法两种波形分析方法,用于提取相关的波形特征量,并判别散射体的类型.本研究得到了一些初步结果,通过模拟立体散射体的返回波形发现,随着散射体深度的增加,返回波形逐渐被展宽;随着子散射体之间距离的增加,返回波形开始出现两个波峰并成为两个完全独立的子波形.通过对模拟波形和实测波形的波形特征量进行比较发现,模拟波形与实测波形的时长略有差别.总之,激光雷达波形数据很好地描述了森林冠层的后向散射特征,在提高森林参数估测精度方面具有应用潜力.     

机载探地雷达的进展以及数值模拟

机载探地雷达可能解决危险环境或广域条件下的近地表探测问题,用于解决环境、生态或军事方面的问题.然而由于种种原因,该技术的发展却显得比较慢.为了推进该技术的发展,本文介绍了目前世界范围内机载探地雷达的进展,并利用时间域有限差分法对一些典型模型进行数值模拟,并用特定的偏移成像方法对模拟结果进行成像.目前存在的机载探地雷达主要有三种类型:第一种为将常规探地雷达天线悬挂在直升飞机上,第二种为针对机载探地雷达开发的雷达系统,第三种为具有探地能力的合成孔径雷达.数值模拟结果表明,不管是水平地面的情况下,还是起伏界面的情况下,机载探地雷达都能清楚探测一定深度范围内的地下目标.可见,机载探地雷达是存满希望的一种方法.     

偏振激光雷达探测的北京地区云的统计特性分析

本文给出了CALIPSO卫星偏振激光雷达自2006年6月至2010年3月间探测的北京地区大气云层的统计特性,并根据理论研究结果对激光雷达探测的云进行了分类,当云的温度低于0℃时发现了过冷水的存在.统计结果表明:温度在0℃以上时,大气中的云大部分为水云;温度在0℃至-25℃之间时,大气中会有过冷水和水平导向的片状晶体的冰...     

小光斑激光雷达全波形数据递进分解与相对辐射校正

小光斑全波形激光雷达作为新一代对地观测主动光学遥感技术,近年来得到了广泛关注与应用.波形数据分解与辐射校正是波形数据处理的重要环节,它直接影响着信息提取和波形数据进一步应用.本文以高斯混合模型为数学基础,采用逐级递进分解的策略,建立小光斑激光雷达波形数据的高斯分解方法;考虑激光雷达系统获取数据过程中激光初始发射脉冲和不同观测角度大气程辐射的差异,在高斯拟合模型的基础上,建立波形数据的相对辐射校正模型.采用小光斑激光雷达波形数据对提出的递进高斯分解与相对辐射校正方法进行验证,结果表明递进分解能够准确的确定波形数据峰值个数、位置与宽度,在波形分解基础上进行的相对辐射校正能够提高相同地物波形数据的相似性.     

高空间分辨率数字高程模型测量技术及其在活断层研究中的应用

首先分析了获取数字高程模型(DEM)的高分遥感立体测量、合成孔径雷达干涉测量技术、激光雷达测距技术和运动重建技术等技术手段,以及现阶段高空间分辨率数字高程模型(VHR DEM)提取技术的主要特点,实际应用中需根据研究区地形地貌特点选择合适的VHR DEM获取技术;然后,结合最新研究成果着重阐述了VHR DEM在活断层识别及几何结构分析、同震位移与累积位移获取和古地震研究等领域的最新应用;最后指出,VHR DEM由于其高精度、高空间分辨率的特点,正逐步改变传统活断层的研究方法,使得对活断层的研究进入到了前所未有的精细化水平.      

一种基于天基的瞬变电磁高分辨探测小尺度太空碎片的方法

目前,太空碎片的天基探测方法一般是激光雷达法.由于激光雷达的辐射频率一般为可见光或红外波段,在分辨厘米量级的太空碎片时具有一定的优势.但激光雷达在探测时也面临一些客观问题：即（1）难以捕捉快速移动的太空碎片;（2）对目标体穿透能力低;（3）外层空间的强干扰环境对激光雷达的不良影响等.这些问题在一定程度上限制了激光雷达在太空碎片探测方面的应用.本文针对太空碎片体积小、预警距离远和强干扰环境等特点,提出使用高性能瞬变电磁辐射源对远距离、小尺度的太空碎片进行探测.通过三维矢量有限元方法,分析了利用高性能瞬变电磁辐射源的优点,对比不同瞬变电磁辐射源的幅频特性,从发射机理上证明高性能瞬变电磁辐射源在辐射能力与频率带宽方面都优于传统瞬变电磁辐射源.并通过调整脉冲宽度,得到最适合探测本文太空碎片模型的辐射脉冲.最后通过电场分布图和多测道图对太空碎片的明显电场分异结果,证实了高性能瞬变电磁辐射源在探测远距离、小尺度太空碎片方面的有效性.     

基于星载激光雷达GLAS和光学MODIS数据中国森林冠层高度制图

星载GLAS波形数据精确记录了光斑内所有探测目标的垂直结构信息,在森林结构参数反演方面具有极大的应用潜力,但GLAS激光脚印是不连续分布的离散点且密度较低（中国地区平均约为0.14 point／km^2）,因此仅利用GLAS数据不能获得高精度的连续植被高度分布。已有研究表明,相对其他光学数据及反演参数,MODIS BRDF参数最能反映植被结构信息。本文利用同时期（2008年2月）的GLAS与MODIS数据,首先采用小波分析方法提取GLAS数据的波形特征参数,通过ASTER GDEM数据计算地形指数,并辅以植被分类数据分三种森林类型分别建立基于波形特征参数和地形指数的树高估算模型;然后,通过神经网络训练建立基于GLAS树高和最佳MODIS BRDF波段组合的树高反演模型,并应用该模型得到中国森林植被平均高度的连续分布图;最后,利用野外实测树高和机载激光雷达数据提取树高分别对反演结果进行验证,结果表明该模型反演精度较高。     

磁法在我国矿产预测中的应用

磁法作为一种有效的辅助手段,在矿产预测中的应用已有多年历史.随着经济对资源需求的不断增加和找矿难度的加大,磁法在矿产预测中,尤其是在寻找隐伏构造和岩矿体方面变得越来越重要.本文综合叙述了磁法技术在矿产预测中的应用现状和应用方法,并对将来磁法技术在矿产预测中的应用前景进行了展望.