雷達(dá)技術(shù)在城市管理中的應(yīng)用

杜岳山 張朝明

摘要:在我國(guó)城市建設(shè)和城市管理中,雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛,而且具有非常廣闊的發(fā)展空間。本文從雷達(dá)技術(shù)在氣象監(jiān)測(cè)、交通應(yīng)用和城市管道探測(cè)應(yīng)用方面詳細(xì)介紹了雷達(dá)技術(shù)在城市管理中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:雷達(dá)多普勒應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào):P237 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)04(c)-0236-01

在我國(guó)的城市管理中,雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛。雷達(dá)是一種利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備。通過(guò)發(fā)射電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波,由此獲得目標(biāo)至電磁波發(fā)射點(diǎn)的距離、距離變化率(徑向速度)、方位、高度等信息。雷達(dá)具有其它監(jiān)控設(shè)備所不具有的優(yōu)點(diǎn),能時(shí)刻探測(cè)遠(yuǎn)距離的目標(biāo),且不受云、霧和雨的影響,并具有一定的穿透能力,是一種全天候、全天時(shí)的探測(cè)設(shè)備。

雷達(dá)雖然一開(kāi)始是應(yīng)用于軍事方面,但隨著技術(shù)的不斷完善,現(xiàn)在也已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市管理活動(dòng)當(dāng)中,成為了人們時(shí)常生活的好幫手,大到軍事指揮的機(jī)載雷達(dá),小到汽車(chē)的防撞裝置,我們都可以隨處看到雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用。而本文主要介紹雷達(dá)技術(shù)在城市管理中的運(yùn)用。

1雷達(dá)在天氣預(yù)報(bào)中的作用

我國(guó)是一個(gè)自然災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家,氣象條件復(fù)雜、并帶有很強(qiáng)的突發(fā)性。如東部沿海地區(qū)的臺(tái)風(fēng)、北方地區(qū)的雨雪天氣和沙城暴,都給我國(guó)人民帶來(lái)了嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。而天氣雷達(dá)則是監(jiān)測(cè)預(yù)警突發(fā)災(zāi)害性天氣最有效的手段。近年來(lái)我國(guó)天氣雷達(dá)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的建設(shè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,在災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)和預(yù)警方面已經(jīng)發(fā)揮了重要作用取得了明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

天氣雷達(dá)主要是通過(guò)間歇性地向空中發(fā)射電磁波脈沖然后,接收被氣象目標(biāo)散射回來(lái)的電磁回波,探測(cè)400多千米半徑范圍內(nèi)氣象目標(biāo)的空間位置和特性。在災(zāi)害性天氣尤其是突發(fā)性的中小尺度災(zāi)害性天氣的監(jiān)測(cè)預(yù)警中發(fā)揮著重要的作用。我國(guó)自從20世紀(jì)90年代開(kāi)始使用多普勒天氣雷達(dá)以來(lái),由于國(guó)際天氣雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)和國(guó)家需求的增長(zhǎng),我國(guó)確定了發(fā)展新一代多普勒天氣雷達(dá)作為氣象監(jiān)測(cè)主導(dǎo)方向的思路,并制定了相應(yīng)的多普勒天氣雷達(dá)功能規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)多普勒天氣雷達(dá)采用全相參技術(shù),在測(cè)定云和降水回波強(qiáng)度的同時(shí),還可以有效獲取大氣風(fēng)場(chǎng)和湍流等信息。多普勒天氣雷達(dá)是目前研究云和降水物理學(xué)、云動(dòng)力學(xué),監(jiān)測(cè)分析和預(yù)警中尺度災(zāi)害性天氣最有效的工具之一。

常規(guī)的模擬天氣雷達(dá)和數(shù)字化天氣雷達(dá)只能探測(cè)氣象目標(biāo)的位置和強(qiáng)度,而由于缺乏氣象目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息很難滿足天氣預(yù)報(bào)的需要。多普勒天氣雷達(dá)則在探測(cè)氣象目標(biāo)的位置和強(qiáng)度、夠探測(cè)這些目標(biāo)中降水粒子的徑向運(yùn)動(dòng)速度和速度譜寬等方面較常規(guī)雷達(dá)先進(jìn)很多,可以得到大氣風(fēng)場(chǎng)和湍流等信息,并能監(jiān)測(cè)下?lián)舯┝?、龍卷風(fēng)、熱帶風(fēng)暴等突發(fā)性、變化性強(qiáng)的災(zāi)害性天氣,是氣象保障必不可少的裝備。

2雷達(dá)在城市交通中的作用

2.1 雷達(dá)在車(chē)輛測(cè)速中的應(yīng)用

在我國(guó)城市交通中,超速是造成交通事故的主要原因,而測(cè)速雷達(dá)則是遏制汽車(chē)超速行駛的有效方式。測(cè)速雷達(dá)是利用多普勒效應(yīng)原理來(lái)測(cè)定車(chē)輛速度的雷達(dá),可以安裝在汽車(chē)上,也可以固定在公路邊上或手持工作。測(cè)速雷達(dá)的使用不僅使車(chē)速的測(cè)量更加準(zhǔn)確,而且便于駕駛員和交通管理人員實(shí)時(shí)掌握和控制車(chē)速。

汽車(chē)?yán)走_(dá)測(cè)速系統(tǒng)一般由測(cè)速、拍攝和圖像數(shù)據(jù)處理三部分組成。測(cè)速部分基本上是由多普勒雷達(dá)構(gòu)成,拍攝部分則采用高速相機(jī)并配以光補(bǔ)償裝置,圖像數(shù)據(jù)處理有相應(yīng)配套軟件完成。雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)的工作原理可以具體表述為:雷達(dá)發(fā)射一個(gè)固定頻率的脈沖波,當(dāng)脈沖波接觸到活動(dòng)目標(biāo)時(shí),回波的頻率與發(fā)射波的頻率將出現(xiàn)頻率差,稱(chēng)為多普勒頻率,而根據(jù)頻率差和車(chē)輛通過(guò)雷達(dá)監(jiān)測(cè)范圍的時(shí)間,可以計(jì)算出汽車(chē)的準(zhǔn)確速度。如果車(chē)輛超速行駛,將觸發(fā)相機(jī)拍照得到清晰的圖片,經(jīng)過(guò)圖像數(shù)據(jù)處理,把相應(yīng)的信息如超速路段,限定速度值、目標(biāo)車(chē)速、超速百分比等各種信息合成到圖片中,作為對(duì)駕駛員超速處罰的依據(jù)。從而有效抑制司機(jī)的超速行為。

2.2 汽車(chē)防撞雷達(dá)和側(cè)視雷達(dá)

超聲波防撞雷達(dá)是一種常見(jiàn)利用超聲波測(cè)距的汽車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)。其基本原理是經(jīng)脈沖調(diào)制信號(hào)調(diào)制并放大處理后的超聲波通過(guò)超聲喇叭向外輻射,在碰到其它汽車(chē)、行人或障礙物反射回來(lái)?；夭ū怀暡ㄊ耙羝鹘邮?經(jīng)放大、檢波、再放大后送到信號(hào)處理器,與脈沖調(diào)制信號(hào)進(jìn)行比較,計(jì)算出脈沖延時(shí)所對(duì)應(yīng)的距離,并送到距離顯示器、聲光告警裝置和緊急制動(dòng)系統(tǒng),當(dāng)該距離達(dá)到預(yù)置的減速或剎車(chē)距離時(shí),執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)控制汽車(chē)減速或剎車(chē)。

當(dāng)汽車(chē)在行駛時(shí),駕駛員單獨(dú)利用側(cè)視和后視反射鏡觀察側(cè)面和后面的車(chē)況是無(wú)法全方位的觀察到汽車(chē)周?chē)木唧w情況。由于反射鏡和車(chē)身的限制,駕駛員的視角存在著一定的“盲區(qū)”?，F(xiàn)在利用汽車(chē)側(cè)視雷達(dá)可以有效的解決這一問(wèn)題。它是一種安裝在汽車(chē)側(cè)面的雷達(dá)系統(tǒng),其探測(cè)范圍是行駛車(chē)輛鄰近車(chē)道的整個(gè)寬度,當(dāng)駕駛員的“盲區(qū)”內(nèi)出現(xiàn)車(chē)輛和其它物件時(shí),立即發(fā)出警示信息。側(cè)視雷達(dá)系統(tǒng)是對(duì)常規(guī)汽車(chē)側(cè)視和后視反射鏡的有效補(bǔ)充,很大程度上提高了行車(chē)的安全性和行駛的有序性,避免了駕駛員由于視角的限制,導(dǎo)致交通意外的發(fā)生。

3雷達(dá)在城市管道監(jiān)測(cè)中的作用

在城市建設(shè)過(guò)程中,特別是老城區(qū)的改造過(guò)程中,大量的給排水、供氣管道布置在地下,隨著城市的發(fā)展和變遷,很多管道的位置信息資料遺失,還有一些私人搭建的管道,這都給城市建設(shè)帶來(lái)不小的麻煩。因此,在施工建設(shè)之前有必要對(duì)施工地點(diǎn)進(jìn)行地下管道的探測(cè)。目前,地下管道探測(cè)工作主要使用的就是管道探測(cè)儀和地質(zhì)雷達(dá),其中地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)成為一種越來(lái)越廣泛使用的方法。

地質(zhì)雷達(dá)法的工作原理是利用無(wú)載波高速脈沖作為探測(cè)地下目標(biāo)的信號(hào)源,并根據(jù)探測(cè)目標(biāo)的實(shí)際要求設(shè)定脈沖參數(shù)。用寬帶天線將高速脈沖換成脈沖電磁波進(jìn)行輻射,一部分經(jīng)由發(fā)射天線直接到達(dá)接收天線形成直達(dá)波,作為低下目標(biāo)深度的參考依據(jù);一部分進(jìn)入地下傳播,當(dāng)遇到地下目標(biāo)或不同媒質(zhì)界面時(shí)產(chǎn)生反射,反射的電磁波經(jīng)地表到接收天線形成反射波,反射波相對(duì)地表反射的直達(dá)波出現(xiàn)的時(shí)間是電磁波從地表到目標(biāo)再?gòu)哪繕?biāo)到地表傳播所需的時(shí)間。通過(guò)比對(duì)研究反射波所帶的地下目標(biāo)和地下媒質(zhì)的性質(zhì)信息,可以確定低下目標(biāo)的性質(zhì)和位置的綜合信息。

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