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探地雷达信息处理算法与信息管理系统研究

作　者: 李成方
导　师: 吴信才
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: 探地雷达地理信息系统网络地理信息系统软计算三维分析
分类号: TN959
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
下　载: 632次
引　用: 4次
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内容摘要

探地雷达是近几十年发展起来的一种地下目标的有效探测手段,是一种无损探测技术,与其它常规的地下探测方法相比,具有探测速度快、探测过程连续、分辨率高、操作方便灵活、探测费用低、探测范围广等优越性,因此一直是国际学术的热点之一,是遥感技术的重要分支。地理信息系统是以采集、存贮、管理、检索、分析和描述空间物体的定位分布及与之相关的属性数据,并回答用户问题等为主要任务的计算机系统。二者都表现出强劲的生命力和广阔的应用前景。本文研究的是基于地理信息系统的探地雷达信息管理系统,它从信息处理算法和系统实现两个方面进行了深入的研究。对于探地雷达信息的数据处理算法,论文中首先研究了信息的基本处理算法,建立了一套包括滤波、振幅处理、偏移在内的实用、有效的算法集;在探地雷达应用中,正演模拟技术贯穿雷达数据的资料采集、处理和解释的各个环节,是认识和研究地下地质结构的有效的手段,鉴于正演模拟在探地雷达数据处理中的这种重要的指导意义,论文中研究了射线追踪法、相位移法两种主要的正演模拟的方法;另外针对探地雷达数据的“不完全”、“非确定”、“非精确”性,提出了基于软计算的解决方法,将模糊理论、粗糙集理论和遗传算法引入探地雷达图像增强处理中。对于上述的各种信息处理算法,给出了的实测数据或合成数据处理结果及分析。对于探地雷达信息管理系统的实现,论文首先从探地雷达、地理信息系统以及信息处理技术相结合的角度,提出了一个基于地理信息系统的探地雷达信息管理系统,由于和地理信息系统整合,有效的利用了它在数字制图、数据管理等方面的强大功能;并且通过研究国内外探地雷达数据处理软件、地理信息系统的体系结构,吸取它们设计的优点,提出了基于C/S、B/S混合结构的探地雷达信息管理系统设计方案;最后确定了探地雷达系统的各功能模块,通过详细分析了系统的各功能模块,对每个模块提出技术解决方案。在上述研究的基础上最终实现了一个基于GIS的探地雷达信息管理系统的原型,该系统可以完成雷达数据的滤波、振幅处理、偏移、正演模拟和三维分析等多种功能。

全文目录

1 前言  11-15
  1.1 论文的背景与意义  11-12
  1.2 论文的主要工作  12
  1.3 论文的工作安排  12-15
2 探地雷达系统与地理信息系统研究  15-34
  2.1 探地雷达系统概述  15-21
    2.1.1 探地雷达概念  15
    2.1.2 探地雷达研究和发展史  15-18
      2.1.2.1 国外发展概况  15-16
      2.1.2.2 国内发展概况  16-17
      2.1.2.3 探地雷达仪器  17-18
    2.1.3 探地雷达的特点和优势  18-19
      2.1.3.1 不同探测方法比较  18-19
      2.1.3.2 探地雷达的特点和优势  19
    2.1.4 探地雷达应用领域  19-20
    2.1.5 探地雷达的应用前景  20-21
  2.2 地理信息系统概述  21-25
    2.2.1 地理信息系统的概念  21
    2.2.2 地理信息系统发展简史  21-23
      2.2.2.1 国外地理信息系统发展概况  21-22
      2.2.2.2 国内地理信息系统发展概况  22-23
    2.2.3 地理信息系统的应用领域  23-24
    2.2.4 地理信息系统的发展趋势  24-25
  2.3 WEB 地理信息系统  25-33
    2.3.1 网络地理信息系统(Web GIS)定义与特点  25-26
    2.3.2 网络地理信息系统发展现状  26
    2.3.3 网络地理信息系统主要构造模型  26-29
    2.3.4 WebGIS 主要实现方法  29-32
      2.3.4.1 通用网关接口CGI  29
      2.3.4.2 服务器应用程序接口方法  29
      2.3.4.3 插件(Plug-in)方法  29-30
      2.3.4.4 ActiveX 方法  30
      2.3.4.5 Java Applet 方法  30-31
      2.3.4.6 各种 Web GIS 构造方法比较  31-32
    2.3.5 Web GIS 的发展趋势  32-33
  2.4 探地雷达信息管理系统分析  33-34
3 探地雷达信息基本处理算法研究  34-56
  3.1 波动方程分析  34-36
    3.1.1 声波波动方程  34-35
    3.1.2 电磁波波动方程  35-36
  3.2 滤波  36-41
    3.2.1 滤波概述  36
    3.2.2 频率-波数域滤波  36-38
    3.2.3 小波去噪  38-41
      3.2.3.1 小波去噪原理  38-39
      3.2.3.2 Mallat 算法  39-41
  3.3 偏移  41-45
    3.3.1 偏移概述  41-42
    3.3.2 有限差分波动方程偏移  42-44
    3.3.3 相位移波动方程偏移  44-45
  3.4 正演模拟  45-49
    3.4.1 正演概述  45-46
    3.4.2 射线追踪法  46-47
    3.4.3 相位移法  47-49
  3.5 速度分析  49-50
  3.6 结果分析  50-56
4 探地雷达图像的软计算增强算法  56-69
  4.1 软计算概述  56-57
  4.2 雷达图像的增强算法  57-66
    4.2.1 雷达图像传统的增强算法  57-59
      4.2.1.1 振幅恢复  57
      4.2.1.2 道内振幅平衡  57-58
      4.2.1.3 道间振幅均衡  58-59
    4.2.2 软计算方法的雷达图像增强  59-66
      4.2.2.1 基于模糊理论的图像增强算法  59-61
      4.2.2.2 基于粗糙集理论的图像增强算法  61-63
      4.2.2.3 基于遗传算法的图像增强算法  63-66
  4.3 结果分析  66-69
5 探地雷达信息三维可视化研究  69-79
  5.1 三维可视化概述  69-70
  5.2 OPENGL 工作原理  70-72
    5.2.1 Windows 下的 OpenGL 工作原理  70-71
    5.2.2 OpenGL 用于三维场景表达  71-72
    5.2.3 三维场景和二维图象的融合  72
  5.3 三维插值方法  72-75
    5.3.1 线行插值算法  73
    5.3.2 多项式插值法  73
    5.3.3 克里金插值法  73-74
    5.3.4 样条插值法  74-75
  5.4 实现结果  75-79
6 探地雷达信息管理系统体系结构  79-94
  6.1 系统体系结构研究  79-85
    6.1.1 地理信息系统体系结构  79-83
      6.1.1.1 单机时代  80
      6.1.1.2 C/S 结构时代  80-81
      6.1.1.3 C/S 和 B/S 混合结构时代  81-82
      6.1.1.4 分布式多层结构时代  82-83
    6.1.2 探地雷达信息管理系统的体系结构设计  83-85
  6.2 探地雷达信息管理系统的关键技术  85-94
    6.2.1 Web 服务器  85-86
    6.2.2 中间件技术  86-91
      6.2.2.1 中间件概述  86
      6.2.2.2 DCOM  86-88
      6.2.2.3 CORBA  88-89
      6.2.2.4 J2EE  89-91
      6.2.2.5 B/S 构造的中间件选型  91
    6.2.3 应用服务器  91-92
    6.2.4 数据库服务器  92-94
7 探地雷达信息管理系统功能模块分析与实现  94-104
  7.1 探地雷达信息管理系统功能分析  94-95
    7.1.1 主要探地雷达数据处理软件功能结构分析  94-95
    7.1.2 探地雷达信息管理系统功能结构设计  95
  7.2 探地雷达信息管理系统功能分解  95-101
    7.2.1 二维处理模块  95-98
      7.2.1.1 数据显示模块  96-97
      7.2.1.2 文件操作模块  97-98
      7.2.1.3 数据处理模块  98
      7.2.1.4 综合解释模块  98
    7.2.2 三维处理模块  98-100
    7.2.3 正演建模模块  100
    7.2.4 文件转换模块  100-101
  7.3 探地雷达信息管理系统实现  101-102
    7.3.1 开发平台选择  101-102
    7.3.2 系统实现方法  102
  7.4 实现结果  102-104
8 结论与展望  104-106
  8.1 总结  104-105
  8.2 展望  105-106
致谢  106-107
参考文献  107-116
附录  116

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