1、探地雷達(dá)
1.1 工作原理
探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar,簡(jiǎn)稱GPR)在國(guó)內(nèi)也稱為地質(zhì)雷達(dá),它是利用超高頻(106~109Hz)脈沖電磁波探測(cè)地下介質(zhì)分布特征的一種地球物理方法。其工作原理是,寬帶脈沖發(fā)射天線將納秒高壓脈沖源提供的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖電磁場(chǎng),并以脈沖電磁波形式射向目標(biāo)體。寬帶脈沖接收天線將來(lái)自目標(biāo)體的反射脈沖電磁波轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)傳送給寬帶取樣示波器后以時(shí)域方式顯示出來(lái),再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后給出時(shí)域特性或頻域特性顯示。在雷達(dá)移動(dòng)探測(cè)過(guò)程中,定時(shí)向地下發(fā)射脈沖電磁波,并不斷接收到目標(biāo)體的反射波,它們組成雷達(dá)剖面圖像。通過(guò)對(duì)雷達(dá)圖像的判讀可確定目標(biāo)體(管道、洞穴、埋藏物、地層等)的分布特征。也可以通過(guò)讀取接收到的反射波傳播時(shí)間和求取電磁波傳播速度來(lái)計(jì)算目標(biāo)體的埋藏深度。
（1） SIR-3000型地質(zhì)雷達(dá) （40-50萬(wàn)元）
生產(chǎn)商：美國(guó)地球物理探測(cè)公司（GSSI公司）
經(jīng)銷商：北京西尼德克儀器設(shè)備有限公司
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技術(shù)參數(shù)：
1.單通道實(shí)時(shí)數(shù)字采集處理器探地雷達(dá)，操作平臺(tái)為Windows CE。
2.主機(jī)可適配所有高中低頻雷達(dá)天線，頻率范圍從16MHz到2.2GHz。
3.存儲(chǔ)器：1G內(nèi)存?？刹鍢?biāo)準(zhǔn)CF閃爍內(nèi)存卡。
4.顯示器：強(qiáng)光8.4”TFT 800X600分辨率，64K彩顯。
5.顯示模式：線掃描、示波器式。
6.顯示方式：實(shí)時(shí)彩顯，彩色/灰階行掃描，變面積/波形顯示，線性掃描方式中可使用256種色源來(lái)表示信號(hào)的幅度和極性。
7.數(shù)據(jù)格式：RADAN (dzt)
8.掃描速率：最高可達(dá)300線/秒。
9.樣點(diǎn)字節(jié)：8位或16位。
10.掃描樣點(diǎn)數(shù)：256/512/1024/2048/4096/8192?
11.操作模式：須具備連續(xù)測(cè)量、測(cè)量輪、點(diǎn)測(cè)三種模式可選。?
12.測(cè)量范圍：0～8000ns自選；?
13.增益：手動(dòng)或自動(dòng)。1～5節(jié)點(diǎn)(-20～+800dB可調(diào))。?
14.濾波器：垂直濾波器－有限、無(wú)限低通和高通可調(diào)。水平濾波器－疊加、背景去除。?
15.動(dòng)態(tài)范圍：120dB。?
16.尺寸：315 x 220 x 105mm左右，重量：4.1kg。
17.電源：要求電池內(nèi)置，外接電源10.8VDC，15VDC?
18.具有位置自動(dòng)伺服系統(tǒng)，便于信號(hào)的準(zhǔn)確接收。?
19.迭加：2～32768個(gè)掃描。
主要特點(diǎn)：
1. SIR-3000型雷達(dá)的一體化設(shè)計(jì)，加上內(nèi)置式可充電電池，性能堅(jiān)固耐用，整機(jī)僅4公斤重，是目前市場(chǎng)上最輕便的雷達(dá)系統(tǒng)；
2. SIR-3000型雷達(dá)高分辨率強(qiáng)光型液晶顯示，可在野外強(qiáng)光下操作；
3. 除了傳統(tǒng)的USB、Ethernet, RS-232等接口外，還配備了獨(dú)特的微型閃存裝置，提供更便捷、快速的數(shù)據(jù)傳輸方式；?
4. 目前GSSI公司提供的雷達(dá)天線種類是最多，使購(gòu)買我們雷達(dá)的用戶具有了強(qiáng)大的擴(kuò)展余地，可滿足不同工程檢測(cè)的需要。而且，所有的天線都可與SIR-20/SIR-3000型雷達(dá)主機(jī)兼容。頻率從16MHz到2.2GMHz
5. 天線和主機(jī)之間使用完全頻蔽的同軸電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，更加結(jié)實(shí)耐用，防土、防塵能力強(qiáng)，不受環(huán)境限制。?
6. GSSI公司開發(fā)的各種功能的雷達(dá)軟件包更豐富了雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用，除了配備專用的雷達(dá)數(shù)據(jù)后處理軟件，用戶還可根據(jù)自己需要選擇特殊功能的軟件模塊，并且所有雷達(dá)軟件基于Windows2000/NT/XP，可在PC機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
（2）Zond-12e 地質(zhì)雷達(dá)（36~40萬(wàn)元）
生產(chǎn)地：拉脫維亞
經(jīng)銷商：歐美大地儀器設(shè)備有限公司（中國(guó)）
性能參數(shù)：
?? 單通道或雙通道
? 探測(cè)時(shí)間范圍：1 至2000ns，步長(zhǎng)1ns
? 發(fā)射脈沖頻率: 115 kHz
? 掃描速率(max): 56/秒（單通道）； 80/秒（雙通道）
? 探測(cè)采樣率: 512/s
? 分辨率：16 bit
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? 增益范圍: 用戶可根據(jù)不同的增益選擇線性增益或指數(shù)增益
? 增益控制范圍: 0 to 80 dB
? 動(dòng)態(tài)范圍: 128 dB
? 濾波器:用戶可選擇高通濾波器：0.00；400；800Hz
? 探測(cè)模式: 連續(xù)或步進(jìn)堆疊
? 數(shù)據(jù)接口：以太網(wǎng)接口
? 輸入電源: 背帶式充電電池組 10.5-13VDC，0.4A
? 電池容量: 6.5 Amp*h
? 耗電電流: 0.7 A
? 尺寸(不含PC 機(jī)): 35x30x5.5 cm
? 重量(不含PC 機(jī)): 3.0 Kg
技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
在野外環(huán)境適應(yīng)方面和數(shù)據(jù)采集的操作方面：
① 可單人操作，主機(jī)僅3kg；
② 密封金屬機(jī)殼，可很好地適應(yīng)風(fēng)沙和潮濕環(huán)境，并且抗干擾能力強(qiáng)；
③ 只要按動(dòng)滾動(dòng)、回車和空格鍵即可操控所有的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集工作，便于將計(jì)算機(jī)密封在塑料袋內(nèi)，不需要使用鼠標(biāo)；
④ 可選購(gòu)遙控設(shè)備，用于地質(zhì)雷達(dá)的操縱及數(shù)據(jù)采集
⑤ 速度快，脈沖重復(fù)頻率為115kHz；
⑥ 手動(dòng)、距離、時(shí)間、GPS觸發(fā)；
⑦ 便攜式蓄電池，可連續(xù)工作16個(gè)小時(shí)；
⑧ 可對(duì)主控單元的工作狀態(tài)進(jìn)行自檢；
⑨ 雷達(dá)與計(jì)算機(jī)已實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接；
（3）LTD-2100便攜式探地雷達(dá)（28萬(wàn)元）-建議采用
生產(chǎn)地：中國(guó)青島
經(jīng)銷商：青島國(guó)科海洋環(huán)境工程技術(shù)有限公司
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性能參數(shù)：
1.? 系統(tǒng)增益：160dB；
2.? 發(fā)射脈沖重復(fù)頻率:64~512kHz 可選；
3.? 時(shí)間窗：2～1us，可選；
4.? A/D：16位；
5.? 采樣點(diǎn)數(shù)：128~4096樣點(diǎn)/掃描，可選；
6.? 掃描速率：8～300掃描/秒，可選；
7. 水平距離標(biāo)記：手動(dòng)或測(cè)量輪自動(dòng)標(biāo)記；
8.? 連續(xù)工作時(shí)間：不小于8h。
9. 尺寸： 300*210*60mm
10. 重量（含電池）：≤3kg
11. 功耗：20W
12. 供電方式：內(nèi)置12V鋰電池，或外接12V直流電源
技術(shù)特點(diǎn)：
① 基于ARM開發(fā)，體積小、重量輕、功耗低；
② 系統(tǒng)采用分布控制、流水作業(yè)，得以實(shí)現(xiàn)更多的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理功能；
③ 更多使用的DSP可以實(shí)時(shí)完成濾波、背景消除、邊緣銳化等處理，突出目標(biāo)特征，降低圖像判讀難度；
④ 基于WinCE操作系統(tǒng)開發(fā)的實(shí)時(shí)采集軟件LTDSample和雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件IDSP6.0是全中文界面，操作簡(jiǎn)便、易上手；
⑤ 隨儀器為用戶提供儀器操作和數(shù)據(jù)處理解釋的多媒體演示和典型工程探測(cè)圖譜，使用戶快速成為行家里手。
2、三維激光掃描儀
目前，大多數(shù)激光掃描儀所采用的工作方式是脈沖激光測(cè)距的方法，采用無(wú)接觸式高速激光測(cè)量，以點(diǎn)云形式獲取掃描物體表面陣列式幾何圖形的三維數(shù)據(jù)。該類儀器主要是由一臺(tái)高速精確的激光測(cè)距儀，配一組可以引導(dǎo)激光并以均勻角速度掃描的反射棱鏡。激光測(cè)距儀由其內(nèi)部的激光脈沖二極管發(fā)射激光脈沖，經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)棱鏡，射向被測(cè)物體。然后通過(guò)探測(cè)器，接收并記錄由自然物表面反射回來(lái)的激光脈沖，從而進(jìn)行測(cè)距。對(duì)每一個(gè)掃描點(diǎn)而言，可以測(cè)得測(cè)站至掃描點(diǎn)的斜距，再配合掃描的水平和垂直方向角，可以得到每一個(gè)掃描點(diǎn)與測(cè)站的空間相對(duì)坐標(biāo)。若測(cè)站的空間坐標(biāo)已知，那么就可以求得每個(gè)掃描點(diǎn)真實(shí)的三維坐標(biāo)。
（1）徠卡HDS8800（195萬(wàn)元）
生產(chǎn)地：瑞士
經(jīng)銷商：廣州市歐克地理信息技術(shù)有限公司
HDS8800是目前掃描距離最遠(yuǎn)的掃描儀距離2公里，今年3月份剛進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)；中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院購(gòu)買的產(chǎn)品為徠卡HDS7000。
性能參數(shù)：
1、最遠(yuǎn)掃描范圍可達(dá)2000 m
巖石表面可達(dá)1400 m
2、掃描視場(chǎng)角
垂直80°
水平360°
3、工作溫度 0℃至+50℃
4、整機(jī)重14 kg，IP 65
5、1類激光，掃描速度為8800點(diǎn)/秒
6、手持式外業(yè)控制面板，防強(qiáng)光干擾，
7、內(nèi)置7000萬(wàn)像素?cái)?shù)碼相機(jī)
8、可拆卸的電池組，保證3小時(shí)連續(xù)掃描
優(yōu)勢(shì)：
徠卡測(cè)量系統(tǒng)是全球最大的測(cè)量?jī)x器及軟件的研發(fā)商和制造商， 是三維激光掃描儀領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。徠卡測(cè)量系統(tǒng)為您提供國(guó)際水平的培訓(xùn)和全球化的技術(shù)支持，這也是徠卡產(chǎn)品受到廣大用戶青睞的另一個(gè)重要因素。其中培訓(xùn)包括了室內(nèi)理論和室外實(shí)踐兩種。
（2）徠卡ScanStation C10（135萬(wàn)元）---建議采用
scanstation c10是目前世界上集成化程度最高的掃描儀，去年7月份在中國(guó)上市。
性能參數(shù)：
單次測(cè)量精度：6mm
點(diǎn)位：4mm
距離：60μrad / 60μ
角度(水平/垂直)：rad (12"/12")
標(biāo)靶獲取精度：2mm
范圍：300m @ 90%；134m @ 18%反射率 (最短0.1m)
掃描速率可達(dá)50,000點(diǎn)/秒，最大即時(shí)速率
光斑大小 4.5mm/0～50m（全寬半高基準(zhǔn)），7mm (基于高斯面)
視場(chǎng)角----水平方向360度，垂直方向270度
優(yōu)勢(shì)：
1. 更低的成本
2. 快速
3. 精度更高，細(xì)節(jié)更豐富
4. 更安全
5. 更少的介入性
6. 更豐富的信息
徠卡HDS典型應(yīng)用案例
地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急
項(xiàng)目名稱：新疆雪崩災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查
實(shí)施單位：中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院、徠卡測(cè)量系統(tǒng)貿(mào)易（北京）有限公司
使用儀器：ScanStation 2
使用軟件：Cyclone、Cloudworx for AutoCAD
項(xiàng)目背景：
??? 2008年3月13日13時(shí)許，中國(guó)西氣東輸二線工程霍城縣境內(nèi)大東溝隧道施工現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生雪崩。現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，坡面有大量積雪，隨時(shí)有垮塌的危險(xiǎn)，常規(guī)的測(cè)量手段無(wú)法介入，同時(shí)在隧道的南口，工程進(jìn)度緊迫，需要盡快對(duì)災(zāi)后的地質(zhì)條件進(jìn)行評(píng)估，出具科學(xué)全面的報(bào)告。
取得成果：
??? 為了滿足地質(zhì)災(zāi)害專家的需要，工作人員現(xiàn)場(chǎng)制作了災(zāi)害地區(qū)的1:100地形圖，同時(shí)對(duì)隧道的內(nèi)部進(jìn)行了測(cè)量，以了解雪崩對(duì)洞體的影響。通過(guò)一天的掃描得到三套數(shù)據(jù)：地形點(diǎn)云（進(jìn)一步可量測(cè)各種坡度坡向數(shù)據(jù)）、危險(xiǎn)巖體裂隙量測(cè)分組、精細(xì)的等高線地形圖，這些數(shù)據(jù)給地質(zhì)專家提供了科學(xué)的決策信息。
優(yōu)勢(shì)比較：
此次應(yīng)用充分的發(fā)揮了掃描技術(shù)的非接觸、高清晰的兩大特點(diǎn)。對(duì)于危險(xiǎn)的滑坡洞口掃描，最大限度的縮短了在雪崩現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量時(shí)間，保證了測(cè)量的安全性，同時(shí)獲得了足夠的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。同傳統(tǒng)的測(cè)量手段比較，掃描點(diǎn)云可以精確的反映微細(xì)地貌特點(diǎn)，尤其在隧道南口的測(cè)繪中，掃描點(diǎn)云清晰的反映了巖石的裂隙、產(chǎn)狀等數(shù)據(jù)，為地質(zhì)專家的評(píng)判決策提供了精確的空間信息。此次應(yīng)用證明了徠卡HDS三維激光掃描技術(shù)的優(yōu)越性：高效率、非接觸的掃描測(cè)量方式保證了外業(yè)采集的安全性；精確細(xì)致的點(diǎn)云數(shù)據(jù)保證了測(cè)量成果的真實(shí)性和可靠性；完整流暢的軟件工具保證了成果的現(xiàn)勢(shì)性，特別對(duì)于此類時(shí)間要求非常緊迫的測(cè)量任務(wù)。
（3）I-Site 8800（200萬(wàn)元）
生產(chǎn)商：美國(guó)美測(cè)測(cè)繪公司
經(jīng)銷商：北京未來(lái)星空科技發(fā)展有限公司
基本參數(shù)：
尺寸 455h x 246d x 378w
重量 14kg
內(nèi)置電池：可更換 , NiMh 電池，可供 3 小時(shí)連續(xù)工作
內(nèi)置補(bǔ)償器：水平精度 20 ”
操作溫度： 0 to + 50 °C ( 短時(shí)工作 -20 to + 50 °C )
可靠性： ISO 9022
防護(hù)級(jí)別： IP-65 (IEC 60529)
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：工業(yè) PC ，通過(guò)以太網(wǎng)線連接
標(biāo)準(zhǔn)三角基座安裝
提供 5/8 ”標(biāo)準(zhǔn) GPS 安裝接口
堅(jiān)固防水運(yùn)載箱
特點(diǎn)：
激光掃描儀: 最遠(yuǎn)距離可到2000米，速度達(dá)每秒8800點(diǎn)，垂直80°，水平 360° 視場(chǎng)角。
集成數(shù)碼相機(jī): 7千萬(wàn)像素球幕相機(jī)，不需要額外校準(zhǔn)或數(shù)據(jù)處理。
人性化設(shè)計(jì): 設(shè)計(jì)為可1人攜帶及操作，所有功能內(nèi)置。
照準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡: 內(nèi)置，測(cè)繪專用的望遠(yuǎn)鏡，可用于后視。
手持操作控制器: 工業(yè)級(jí)防水防塵平板電腦用于掃描參數(shù)設(shè)置、掃描控制和結(jié)果查看。
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