探地雷达信息处理算法与信息管理系统研究

论文摘要

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。

论文目录

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