激光技术的发展及应用

激光技术的发展及应用（精选8篇）

1.激光技术的发展及应用 篇一

数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛DSP技术图解的应用。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。

摘要：DSP技术在计算机、电子、通信等领域得到了广泛应用，将DSP技术的应用对很多行业都有重大的意义。利用DSP技术构建一个具有高速、实时信号处理特点的通用实践平台，设置DSP应用软件，即可对实践平台功能加以控制、改变，使之完成需要的实践活动。本文从DSP技术的发展及特点出发，详细阐述了DSP的应用思路、结构及功能。

2.激光技术的发展及应用 篇二

1 真空冷冻干燥

冻干技术是利用水的升华原理, 在低温 (-25°C~50°C) 下把物料冻结, 然后抽真空, 同时升温至10°C~80°C, 使冰不经液化而直接挥发, 从而达到去水干燥的目的。

冻干技术已广泛应用于食品、医药、化工及高新科技等领域中。目前, 冻干技术是保藏菌种最理想方法之一;冻干皮肤和骨骼, 复水后再植已经获得成功;除此之外, 针对农产品的冷冻干燥研究也取得一些进展, 苹果、花菇、小麦种子、中药、血茸等物质的冷冻干燥研究取得了良好的应用效果。

和常规干燥工艺比较, 真空冷冻干燥在保持物料的物理化学特性和生物活性及营养成分方面具有非常明显的优势, 同时冻干工艺对生物细胞和组织破坏极小, 在一定条件下容易吸水还原为原来的鲜活态。但冻干工艺能耗高、干燥时间长, 设备控制难度大, 操作成本也比其它干燥方法高出5~7倍, 因此, 冻干技术的广泛应用受到很大限制, 目前主要在高新生物科技领域有所应用。

2 红外干燥技术

红外干燥是利用电磁光波共振原理使物料温度上升, 水分散失, 从而达到使物料干燥的目的。

自1936年美国福特汽车公司首先把红外线用于汽车涂膜的干燥开始, 红外线干燥技术得到不断改进和发展。目前, 新型的红外线辐射干燥技术已广泛应用于车体、木工制品、合成树脂, 纤维、食品等领域;日本研制的最新一代燃油远红外干燥机采用远红外辐射与燃油烟气对流加热技术, 具有高效、热均匀与节能环保的特点, 该工艺应用于水稻种子的干燥, 去水率达1.2%。

红外线干燥具有能效高、加热均匀、不需中间介质, 热量直接可透入物体内部, 而且工艺简单, 控制自动化, 成本较低。目前, 在印刷业、涂料等方面已广泛开始采用红外干燥技术。

3 微波干燥

微波是波长在1~1m (频率300 GHz~30 0 MHz) 区域内的电磁波, 家用微波炉一般采用12.2 cm作为固定波长。微波的致热效应, 是依靠介质的偶极子转向极化和界面极化在微波场中的介电损耗而引起的体内发热, 物料被加热, 水分散失。

微波干燥技术自20世纪40年代开始应用以来, 其干燥优点得到人们普遍承认, 新型的微波干燥技术已在食品、药品与生物制品等领域应用;一些中草药加工及植物标本制作中微波都有所应用。

微波加热时物料的升温和蒸发是在整个物体中同时进行的, 在物体表面由于蒸发冷却的缘故, 使物料表面温度略低于里层温度, 同时由于物料内部产生热量以至于内部蒸汽迅速产生, 形成压力梯度, 促使水分流向表面, 使微波干燥具有由内向外的干燥特点。对物料整体而言, 物料内部首先干燥, 克服了常规干燥中因物料外层首先干燥而形成硬壳板结而阻碍内部水分继续外移的缺点;另外微波干燥具有速度快, 时间短, 加热选择性强的优点。但微波干燥设备有投入资金大, 运转费用高及能源利用率低的缺点。

4 喷雾干燥

喷雾干燥是通过喷雾器将泥浆状物料 (或料液) 喷成雾滴, 分散在热气流中, 使水气迅速汽化而达到干燥目的。喷雾过程中, 热气流和物料以并流、逆流或混合流方式相互接触, 喷雾方式常采用离心式、压力式和气流式。

喷雾干燥技术现今主要应用于农产品加工、中药制剂和产品制粒等方面。国内许多化肥厂均采用喷雾干燥进行化肥造粒;我国西北地区的亚麻胶干燥已采用喷雾干燥法;工业上用喷雾干燥法制头孢菌素C钠盐;微胶囊化食品也采用喷雾干燥法制备。

喷雾干燥具有工艺流程简单, 易干实现机械化和自动化, 操作也比较灵活;其产品颗粒均匀, 有较好的流动性, 易于达到各种质量指标。

5 干燥技术的发展趋势和前景

随着生物技术的发展, 干燥技术不仅应用于一些传统的工业领域, 新能源的发现与利用为基因工程、纳米技术等新领域的研究与产品开发提供了新的途径。而各种干燥技术的混合应用更提高了干燥效率, 改善了干燥质量, 如先用热风处理洋葱使水分含量降到10%, 而后用微波干燥至5%, 整个过程比单纯使用热风干燥节能30%, 还可杀死约90%的细菌。

可以预见, 随着干燥技术的发展, 不同干燥工艺的结合可使化工、生物工程、药品、合成材料等领域的干燥费用大幅降低, 产品质量有所提高。新干燥技术的发明与应用将对诸多产品的质量提高起到一定的帮助作用。

参考文献

[1]刘心雄.粮食干燥新技术研究.包装与食品机械, 2012 (2) :57-61.

[2]郭树国, 李成华, 王丽艳.人参真空冷冻干燥工艺参数优化.中国农机化.2012 (2) :172-174.

3.LIDAR技术的发展及应用 篇三

关键词：LIDAR；激光雷达

1 LIDAR技术简介

LIDAR技术是近二十年来摄影测量与遥感领域具有革命性的成就之一。随着空间数据应用领域的不断扩大，对获取准确可靠空间数据的要求也越来越高。传统的摄影测量因为生产周期长、费用高、高程点获取的密度低，已经不能够完全满足当前信息社会的需要。LIDAR作为一种能够快速精确地获取地面三维数据的技术随之孕育而生。

LIDAR系统根据载体的不同，分为机载LIDAR和地面LIDAR两种模式。其中机载LIDAR多用于大比例尺地形测量，如地形图绘制等；而地面LIDAR适合更精细、更高精度的复杂地物量测，如古建筑三维模型重建、复杂场馆量测等。

LIDAR是一种集激光、全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）三种技术于一身的系统。这三种技术的结合，可以高度准确地定位激光束搭载物体上的光斑。它能快速获取地表点三维数据，相比航拍数据和二维矢量数据，有着更高的高程精度，在获取高精度DEM尤其是大比例尺的高精度DEM方面有着很大的优势。

2 LIDAR系统概述

LIDAR是英文LIGHT DETECTION AND RANGING的首字母组合，即激光探测及测距系统。它是采用单个激光脉冲量测从激光源到目标，再回到激光接收器的时间，同时结合飞机上传感器定位、定向数据，精确量测出被动物体（目标）的三维坐标。

2.1 系统组成

机载LIDAR系统主要包括：激光测距仪，用于测量传感器到地面点的距离；高精度观星测量系统（IMU），用于测量扫描装置主光轴的空间姿态参数；基于差分技术的全球定位系统（GPS），用于确定扫描中心的空间位置；高分辨率数码相机，用于获取对应地面的彩色数码影像，最终制作正射影像。

2.2 LIDAR的测量原理

LIDAR系统中的激光测距仪包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回来的传播时间。因为光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到前一个被反射回的脉冲。由于光速是已知的，传播时间就可以被转换为对距离的测量。结合激光器的高度，激光扫描的角度，从GPS得到的激光器的位置和从INS得到的激光发射方向，就可以准确地计算出当前的光束所对应的地面光斑的（X，Y，Z）。一般激光束发射的频率可以达到每秒几万个脉冲。很多LIDAR系统还能记录同一脉冲的多次反射，激光束可能先打在树冠的顶端，其中的一部继续向下打在更多的树叶或枝干上，有些甚至打在地面上被返回，这样就会有一组多次返回的具有X、Y、Z坐标的点记录，并分层表示。利用这个特点，我们可以通过分类和滤波处理，获取地面高程以及树高及建筑物的高度等信息。

2.3 测量精度分析

激光具有非常精确的测距能力，其测距精度可达几个厘米。而LIDAR系统的精确度除了激光本身因素外，还取决于激光、GPS及惯性测量单元（IMU）三者同步等内在因素。大多数内在因素是已知的并可预测的。外在因素包括：飞行计划、飞行条件、大气环境的影响、地形起伏以及植被的覆盖等等。因为由GPS、IMU及激光器产生的误差是可测知的，所以可以认为LIDAR所获得的点集（X，Y，Z）是一个描述地形和植被覆盖情况的函数。在理想的点阵密度下，反射点的精度就是DEM精度。利用机载LIDAR系统进行测高作业，根据不同的航高，其平面精度可以达到0.15至1m，高程精度可达到10cm至30cm，地面分辨率甚至可达到厘米级。

3 LIDAR系统的数据处理过程

LIDAR技术应用在生产中，其数据处理过程分为三部分，分别是预处理、后期处理、质量检查。质量检查需两次，分别在预处理、后期处理结束后进行。

3.1 LIDAR数据的预处理

LIDAR数据的预处理过程主要可以分为POS数据解算和生成三维点云两个部分。POS数据解算就是提取出LIDAR系统的GPS数据和IMU数据和其他的辅助数据，通过对GPS数据进行差分拟合，得到激光发射瞬间激光发射器的精确GPS坐标；通过GPS定位数据、IMU数据和其他辅助数据进行联合解算，得到精确的六个外方位元素。利用POS解算数据和大气校正、距离校正、扫描仪校正等参数，可以解算出每一个激光对应的地面光斑的三维坐标，生成后续处理需要的三维点云文件。

3.2 LIDAR数据的后期处理

LIDAR数据的后期处理是对与处理过的数据依据数据的高程信息，区别定性分类，生成最终产品。这里的分类实际上是按照某一点的数据高程信息区分该点是否是地表点。一般根据绝对高程或设定阈值来去除明显的异常点，也可以根据其他的滤波算法进行噪声点滤除。根据多重回波性质进行植被分类，然后提取出地面点、建筑物上的点等，再从地面点中抽取一定密度的点来建立地表面高程模型。

3.3 数据检查

预处理的质量控制就是将预处理过程中生成的点云文件和说明文件进行检查，检查处理过程是否正确，精度是否达到要求。后期处理的质量控制主要是检查处理好的数据是否真实合理，是否按要求进行了准确的分类。

4 LIDAR系统的发展现状

nlc202309020042

4.1 LIDAR系统的特点

机载激光雷达系统与机载GPS、惯性导航系统INS以及CCD相机结合，能够进行精确的空间定位。由于采用激光测距方式，与常规的航空摄影测量相比，其数据获取条件具有独特优势。

同传统的摄影测量相比，激光点云的地标测量采集间距在0.8-1.2m之间，甚至更小，数据密度极大，非常有利于真实地面高程模型的获取。由于激光具有多次回波特性，任一束激光穿越植被空隙时，可以返回叶面、枝桠、地面等多个高程数据，有效克服植被影响，更接近地面真实高程。激光雷达采用主动测量方式，不依赖自然光，在因太阳高度角、植被、山岭等影响传统航测方式无能为力的阴影地区，其获取数据的精度完全不受影响。由于采用激光回波探测原理，LIDAR数据的高程精度和比例尺与测量时的航高无关。采集的每个地面点都带有真实三维坐标，需要布设的野外地面控制点相比于传统的航测有很大的减少，这就减少了生产作业量，使航测制图更加快捷。

4.2 LIDAR系统的应用

随着计算技术以及GPS技术的进一步发展和应用，LIDAR技术经过近20年的发展，其技术已经完全成熟。在使用摄影测量方法获取地形模型有困难的森林和沙漠地区，LIDAR技术提供了一种直接获取地形表面模型的有效手段。通过与影像以及信息的融合，LIDAR系统不仅仅局限于获取数字高程模型数据等传统的应用领域，而且广泛应用于城市三维模型的直接获取、GIS数据获取、高压线监测、林业监测等领域。

LIDAR利用激光传感器对地面进行扫描，同时利用惯性导航系统实时定位飞机姿态，再加上GPS观测坐标，还可以打开LIDAR携带的数码相机进行航空摄影，获取相片数据。利用这些高精度的数据可以得到大范围高精度的4D产品。

根据LIDAR数据，可以分析森林树木的覆盖率和覆盖面积，了解树木的疏密程度、年长树木的覆盖面积和年幼树木覆盖面积。这就便于人们在茂盛森林中适当砍伐树木，在林木稀疏或无植被区域进行树木种植。另外，通过LIDAR数据可以概算出森林占地面积和树木的平均高度，以及木材量的多少，便于相关部门进行决策。

在进行电力线路设计时，通过LIDAR数据可以了解整个线路设计区域内的地形和地物要素的情况。尤其是在树木密集处，可以估算出需要砍伐树木的面积和木材量。在进行电力抢修和维护时，根据电力线路上的LIDAR数据和相应的地面裸露点的高程可以测算出任意一处线路距离地面的高度，这样就可以便于抢修和维护。

4.3 目前LIDAR系统存在的问题

当然LIDAR技术也有其不尽人意之处。例如LIDAR数据在密林及密集建筑区，由于激光雷达有多次回波，在数据滤波的时候不能得到满意的地表信息数据。这种地区的数字地面模型，仍只能采用普通方法获取。

在LIDAR数据预处理阶段，因为LIDAR是由多种设备组成的复杂系统，其获取的数据也有很多种，信息获取时的数据流程也比较复杂。目前原始数据的获取和激光脚点坐标解算、精度控制等都由硬件生产厂家在提供原始数据时进行的，但因为用户不同，他们对数据的要求也不同，有时硬件厂家提供的数据不满足要求。所以迫切需要算法丰富、功能完备的LIDAR数据处理平台来满足不同用户和应用的需求。此外，LIDAR系统定位的基本原理是测角和测边，而激光雷达系统的扫描带宽是有限的，那么在进行大面积测量时，必须飞行多条航带才可以覆盖待测区域，而且航带间要保持一定的旁向重叠度。由于存在着系统定位和姿态测量误差，那么在旁向重叠区域会出现高程相对漂移。在LIDAR数据中，很难判读同名点，也就无法找到重叠区域的联系点，这使得传统航空摄影测量数据处理中对重叠区域的误差消除和平差的算法不能使用，因此必须研究新的拼接模型。

激光雷达直接获取点位的三维坐标，但忽略了反映对象特征的其他信息，如光谱信息。尽管在提取空间位置信息上，激光雷达数据有其自身的优势，但图像数据包含光谱信息对认识主题也具有重要的作用。目前一般在LIDAR上都集成有数码相机作为光谱信息的补充。此外，由于遮挡、物体特性等因素，数据集中往往会出现没有数据的部分（缝隙），一个明显的例子是“阴影”。作为一种主动式信息获取技术，激光雷达技术扫描角度有限，对光照度不敏感，因而受阴影影响相对较小。但位于扫描带边缘的建筑物等仍然会产生遮挡的现象。这种现象带来的一个直接问题是位于数据缝隙的内插点（高程）数据可能与实际情况存在较大差异，这就需要采用新方法在原始数据中判断是否存在这些缝隙，并采取相应的处理。

5 展望

机载LIDAR技术是实现空间三维坐标和影像数据同步、快速、高精度获取的国际领先的空间技术，在采集地标数据方面具有传统航空摄影测量所无法比拟的巨大优势。三维激光雷达技术是高精度逆向三维建模及重构技术的革命，是进行大区域空间监测的利器。随着技术的成熟，LIDAR数据处理技术会得到改进，激光雷达的应用领域和深度也会日益拓宽和加深。

参考文献：

[1] 舒宁. 激光成像[M].武汉：武汉大学出版社，2005.

[2] 陶本藻，陶闯. 机载激光雷达及其应用[J].数字测绘技术与数字交通建设，2005.

[3] 朱士才. LIDAR的技术原理以及在测绘中的应用[J]. 现代测绘，2006，4（7）.

[4] 梁欣廉，张集贤，李海涛，等. 激光雷达数据特点[J]. 遥感信息，2005（3）.

[5] 郑金水.LIDAR技术及其应用[J]. 科技信息，2007（6）.

[6] 隋立春，张宝印.LIDAR遥感基本原理及其发展[J]. 测绘科学技术学报，2006，23（2）.

※基金项目：湖南省国土资源厅软科学研究计划项目；项目编号：2012-30。

4.激光技术的发展及应用 篇四

摘要：机载激光雷达是一种应用越来越广泛的对地观测系统，本文简要介绍了机载LIDAR系统及其测量原理，并重点综述了机载LIDAR的应用现状最后对其发展趋势进行了展望。

关键字 ：激光； 激光器 ； 激光技术 ；激光雷达

一、机载LIDAR的技术原理

机载激光雷达（Light Detection And Ranging，LIDAR）是将激光用于回波测距和定向，并通过位置、径向速度计物体反射特性等信息来识别目标。它体现了特殊的发射、扫描、接收和信号处理技术。机载激光雷达技术起源于传统的工程测量中的激光测距技术，是传统雷达技术与现代激光技术结合的产物，是遥感测量领域的一门新兴技术。

自20世纪60年代末世界第一部激光雷达诞生以来，机载激光雷达技术作为一种重要的航空遥感技术，已经被越来越多的学者所关注。迄今为止，机载激光雷达的研究与应用均取得了相当大的进展，虽然机载激光雷达无法完全取代传统的航空摄影测量作业方式，但可以预见，在未来的航空遥感领域，机载激光雷达将成为主流之一。进入90年代，机载激光雷达系统进入实用化阶段，并成为雷达遥感发展的重要方向之一。机载LIDAR系统是一款高速度、高性能、长距离的航空测量设备，该系统由激光测高仪、GPS定位装置、IMU（惯性制导仪）和高分辨率数码照相机组成，实习对目标的同步测量。测量数据通过特定方程解算处理，生成高密度激光点云数值，为地形信息的提取提供精确的数据源。其应用已超出传统测量，遥感，以及近景测量所覆盖的范围，成为一种独特的数据获取方式。

与普通光波相比，激光具有方向性好、单色性好、相干性好等特点，不易受大气环境和太阳光线的影响。使用激光进行距离测量可大大提高了数据采集的可靠性抗干扰能力。当来自激光器的激光射到一个物体的表面时，只要不存在方向反射，总会有一部分光会反射回去，成为回波信号，被系统的接收器所接收，当仪器计算出光由激光器射出返回到接收器的时间为2t后，那么，激光器到反射物体的距离d=光速c×t2。

在机载激光雷达系统中，利用惯性导航系统获得飞行过程中的3个方位角（ψωκ），通过全球定位系统（GPS）获取激光扫描仪中心坐标（x y z），最后利用激光扫描仪获取到激光扫描仪中心至地面点的距离D，由此可以计算出此刻地面上相应激光点（X Y Z）的空间坐标。

假设三维空间中一点的坐标已知，求出改点到地面上某一待定点P（XYZ）的向量，则P点的坐标就可以由加得到。其中点为遥感器的投影中心，其坐标可利用动态差分GPS求出，向量的模是由激光测距系统测定的机载激光测距仪的投影中心到地面激光脚点间的距离，姿态参数可以利用高精度姿态测量装置（INS）进行测量获得的。

利用机载LIDAR系统进行测高作业，根据不同的航高作业，根据不同的航高，其平面精度可以达到0.15至1米，高程精度可达10cm至30cm，地面分辨率甚至可达到厘米级。可以说，机载LIDAR系统是为综合航射影像和空中数据定位二设计的新技术手段，它能为测绘工程、数字地图和GIS应用快速提供精确的空间坐标信息和三维模型信息。

二、机载LIDAR的应用现状

机载LIDAR 一高精度、高分辨率、高自动化且高效率的优势，已成为世界各国进行大面积数值地表数据测制的重要主流与趋势，其多重反射的特性，可同时获取地面及其覆盖物（植被、电力线等）的精确三维坐标，而透水激光雷达系统更可穿透水体而量测水底的地形起伏。其获取的高精度高分辨率DEM，可作为土地利用、工程建设规划、都市计划管理，河海地形、潮间带、集水区、山坡检测，地理信息系统、防灾、矿业、农业、林业、公共管理线等方面数值化、自动化等应用基础。1.数字城市应用

在数字化程度越来越高的今天，基于二维城市形象系统已经不能满足形象时代的要求，将三维空间形象完整呈现已经成为发展的必然，也是“数字地球”的要求。因此，对快速获取三维空间数据，模拟和再现现实生活提出了更高的要求。LIDAR系统在城市中更能体现其不受航高、阴影遮挡等限制的优势，能够快速采集三维空间数据和影像，房屋建模速度快，高程精度高，纹理映射自动化程度高，能够满足分析与测量的需求，广泛用于城市规划的大比例尺地形图获取。2.工程建筑测量

机载激光雷达测量能够为道路工程及其他建筑项目提供准确的高程数据。机载激光雷达生成的DEM结合GIS及CAD软件，可以是设计人员模拟各种方案以选择出最佳路线或最好位置。对于施工钱的原始预测，DEM结合正射影像可以为工程设计人员提供他们所需的大量地形和测量信息。3.电力设计勘测选线和线路监测应用。

在进行电力线路设计时，通过LIDAR数据可以了解整个线路设计区域内的地形和地物要素的情况。4.灾害监测与环境监测

利用机载LIDAR产生的DEM，水文学家可以预测洪水的范围，制定灾难减轻方案以及补救措施。典型的一套机载激光雷达系统可以在四小时内用一架固定翼飞机完成长30km区域的勘测。其垂直精度和达15cm，平均点距为1.5m，合计记录了153000000个反映详细地形和地物的数据点。也广泛应用于自然灾害（如飓风、地震、洪水滑坡等）的灾后评估和响应。5.海岸工程

传统的摄影测量技术有时不能用于反差小或无明显特征的地区，如海岸及海岸地区。另外海岸地区的动态环境也需要经常更新基准测量数据。机载LIDAR是一种主动传感技术，能以低成本做高动态环境下常规基础海岸线测量，且具有一定的水下探测能力，可测量近海水深70m内水下地形，可用于海岸带、海边沙丘、海边提防和海岸森林的三维测量和动态监测。6.林业应用 机载激光雷达系统的最早商业应用领域之一即为森林工业，森林业者和国土管理者需要森林及树冠下面的准确数据。在传统技术下，树高与树的密度很难获取的信息。在数据的后处理中，独立的激光返回值可分为植被返回值和地面返回值，根据LIDAR数据，分析森林树木的覆盖率和覆盖面积，了解树木的疏密程度，年长树木的覆盖面积和年幼树木的覆盖面积。通过LIDAR数据可以概算出森林占地面积和树木的平均高度，及木材量的多少，便于相关部门进行宏观调控。7.文化遗产保护

大型的文物古迹和室外的不可以移动文物，需要测量其三维数据，以便进行修复和保护。对于出于恶劣测量环境下或不可直接触摸的文物，LIDAR技术就成为了一种直接获取三维数据的很好的解决方案。8.油气勘探

石油及天然气工业的勘测程序常常需要在短时间内快速传送与地形数据XYZ为准相关的数据。虽然有多种方法处理收集位置数据，但机载激光雷达测量是一种高速且不接触地面的数据获取方法，大多数情况下，从勘探开始到最终数据发送只需要几周的时间。在一些复杂的环境地区勘测，砍伐树木的费用要几千美元一公顷。如用机载激光雷达进行勘测，最多只需要砍伐几行树，这样可以节省大量的经费且减少对环境的影响。

三维激光雷达技术是实现空间三维坐标和影像数据同步、快速、高精度获取的国际领先看空间技术，在采集地表数据方面具有传统航空摄影测量所无法比拟的巨大优势，三维激光雷达技术是即GPS以来测绘领域的又一场技术革新，是高精度逆向三维建模及重构技术的革命，是进行大区域空间探测的利器，是数字中国及各行业数字化的必由之路，将对电网、水利、交通、规划、国土、矿山、海洋、气象、农业、林业、古迹保护等各个领域产生深远影响。

二、机载LIDAR的发展趋势

近几年，随着相关技术的不断成熟，机载激光雷达技术得到了蓬勃发展，欧美等发达国家许多公司和科研机构投入了的大量的人力物力和财力进行相关技术和系统的研究，并先后研制出多种机载激光雷达系统，相继投入商业运作。记载激光雷达在测绘市场所占的份额不断扩大，其应用的领域和深度也日益拓宽和加深。我国的学者也投入道路激光雷达技术的研究中，也有一些公司从国外引进了机载激光雷达设备用于商业运作。但总体而言，我国在机载激光雷达的硬件研制及理论研究和实践应用方面都落后与发达国家，为使这项高新技术能够在我国的国民经济建设中发挥其应有的作用，开展记载激光雷达技术的理论和应用研究具有非常重要的理论价值和现实意义。虽然目前已有多种激光雷达系统在使用，但激光雷达仍是一项处在不断发展中的高新技术，许多新体制激光雷达仍在研制或探索之中。在今后的一段时期内，激光雷达的研究工作将主要集中在不断开发新的激光辐射源、多传感器系统集成和不断探索新的工作体制和用途方面。

1.开发新型激光辐射源 目前，在中远距离应用中，波长为1.06μm的Nd：YAG激光器和波长为10.6μm的CO2激光器仍是激光雷达的主导辐射源。近年来随着大功率半导体激光二极管技术的不断完善，在近距离应用条件下半导体激光器的应用也日益广泛。在未来若干年内，二极管泵浦的固体激光器技术和光参量振荡器技术将是新型激光源的关键技术。

利用光学参量振荡器可获得宽带可调谐、高相干的辐射光源，在激光测距、光电对抗光学信号处理等领域以显示出广泛的应用前景。光学参量振荡器的理论最早在1962年由Kroll提出，1965年美国贝尔实验室首先在脉冲激光器上实现光学参量震荡，国际上在70年代建立了完善的参量互作用理论，并在80年代后，随着一些性能优良的非线性晶体的出现，使得OPO技术的研究取得重大突破，OPO技术进入了实用阶段。近年来，随着二极管泵浦的固体激光技术的发展，全固化宽调谐OPO技术得以迅速发展，它具有高效率、长寿命、结构紧凑、体积小、重 量轻、可高重复频率工作等特点。美国直升机防撞激光成像雷达和预警机载“门警”系统激光雷达，英国的查分吸收光雷达都是采用OPO做辐射源。可预计，未来将会有更多的OPO激光雷达问世。2..多传感器集成和数据融合

激光雷达的另一个发展方向是成像应用。激光雷达成像具有优越的三维成像能力，其数据处理算法相对简单，不需要多批次图像融合即可得到侦查区域多层次的三维图，与其他成像侦查手段相比，在实效性方面具有不可比拟的优势。与光学和微波成像相比，激光雷达成像在获得侦查区域目标的同时能快速获得目标高程数据，提高对战场的探测能力。激光雷达成像所获得的是目标距离和强度数据，激光雷达数据图像与可见光数据图像、红外电视数据图像等其他数据图像的融合在目标物特征提取、识别等方面具有重要的作用。激光雷达数据图像包含目标的位置、体积、形状等三维立体信息，充分反映目标的几何信息。但激光雷达数据由于激光谱线成像，光谱信息单一，不能充分反映目标物的物理属性信息。而可见光数据图像、红外电视数据图像包含丰富的目标光谱信息，但目标的几何信息只有二维的平面位置信息。将激光雷达数据图像与可见光数据图像、红外电视图像相融合，实现多传感器集成，可发挥出各自的优势。2.不断探索激光雷达新体制

多年来，对激光雷达新体制的探索工作一直在进行，尤其最近几年研究工作比较活跃，包括激光相控阵雷达、激光合成孔径雷达、非扫描成像激光雷达等。相控阵激光雷达是通过对一组激光束的相位分别进行控制和波束合成，实现波束功率增强和电扫描的一种体制。美国自70年代初开始研究激光相控阵技术，实现一维光相控阵以来，先后研制出多种二维移相器阵列并制成以液晶为基础的二维光学相控阵样机。

5.样品预处理技术的应用及发展 篇五

样品预处理技术的应用及发展

摘要：介绍环境监测中样品预处理技术常用的有干灰化法和湿消解法.环境监测工作中经常出现微量和超微量有机物分析和无机物中有关项目的分析,文章将简要叙述新型微波预处理技术及其他预处理技术.作 者：姚智兵 刘国尧 侯爱玲 YAO Zhi-bing LIU Guo-rao HOU Ai-ling 作者单位：武汉市环境监测中心站,武汉,430015期 刊：环境科学与技术 ISTICPKU Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期)：,30(z1)分类号：X830.2关键词：预处理技术 环境样品 应用

6.激光技术的发展及应用 篇六

摘要：在环境问题日益严峻和环境保护工作不断深入的今天，环境监测技术成为了影响环保工作开展的重要因素。利用现代环境监测技术对污染物进行准确、及时的监测和分析，对实现环境污染的预防和控制具有重要的现实意义。本文通过对现有研究结果的分析，总结了环境监测技术的应用现状，3S技术、生物技术、信息技术、物理化学科学技术在水、大气、土壤等环境介质的污染物监测中应用广泛。同时，本文对环境监测技术的未来发展趋势进行了探讨，将向着以有机污染物作为监测的主要目标、监控介质范围扩大、监测分析精度痕量化、分析技术快速化、实验室管理系统应用广泛化的方向发展。关键词：环境监测；环境保护；技术；污染

Application Status and Development Trends of Environmental

Monitoring Technology Abstract：Today, environmental problems are increasingly serious and environmental protection workis deepening, and environmental monitoring technology has become an important factor affecting the environmental work to carry out.Using modern environmental monitoring technology to monitor and analyze the pollutants accurately and timely has important practical significanceto prevent and control the environmental pollution.By analyzing the results of existing studies, this paper summarizes the application status of the environmental monitoring technology.3S technology, biotechnology, information technology, physical and chemical science and technology are widely used in the monitoring of contaminants in water, air, soil and other environmental media.At the same time, this paper discusses the development trends of environmental monitoring technology, it will be toward to regard the organic pollutants as the main monitoring targets, expand the scope of monitoring media, analyze to achieve mark quantization, analyze fast, and use the laboratory management system widely in the direction of development.Key words： Environmental monitoring；Environmental protection；Technology；Pollution 引言

近年来，随着经济的快速发展，环境问题日益严峻，环境问题和人民生产生活息息相关，保护环境刻不容缓。环境监测不仅是加强环境监督与管理的重要手段，也是保护环境的前提和基础。随着环境问题的不断凸显，政府及社会各界不断地提高环境保护意识，从而对环境监测技术提出了更高的要求。因此，分析总 结当前环境监测技术的应用现状并在此基础上探讨其未来的发展趋势是十分必要的，具有很强的现实意义和重大的战略意义。

本文简要介绍了环境监测的内涵、作用及发展历史，总结分析了环境监测技术的应用现状并对其发展趋势进行了探讨，为今后环境监测工作的开展提供了更多的分析资料，促进环境监测技术的开发与完善，对实现人类的可持续发展具有重要的意义。环境监测概述

2.1 环境监测的内涵及作用

环境监测(Environmental Monitoring)是环境科学和环境工程的重要组成部分，是在环境分析的基础上发展起来的一门学科。它是指运用各种分析、测试手段，对影响环境质量因素的代表值进行测定，确定环境质量(或污染程度)及其变化趋势，从而为开展环境工作提供服务的活动。

环境监测的目的是运用现代科学方法，对人类赖以生存的环境质量进行定量描述，用监测数据来表示环境质量受损程度，准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划提供科学依据，进而保护人类正常生存与发展。具体有以下几个方面[1]：对污染物及其浓度(强度)作时间和空间方面的追踪，掌握污染物的来源、扩散、迁移、反应、转化，了解污染物对环境质量的影响程度，并在此基础上对环境污染作出预测、预报和预防；了解和评价环境质量的过去、现在和将来，掌握其变化规律；收集环境背景数据、积累长期监测资料，为制订和修订各类环境标准、实施总量控制、目标管理提供依据；实施准确可靠的污染监测，为环境执法部门提供执法依据；在深入广泛开展环境监测的同时，结合环境状况的改变和监测理论及技术的发展，不断改革和更新监测方法与手段，为实现环境保护和可持续发展提供可靠的技术保障。

环境监测在人类防治环境污染，解决现存的或潜在的环境问题，改善生活环境和生态环境，协调人类和环境的关系，最终实现人类的可持续发展的活动中，起着举足轻重的作用。

环境监测的对象大致分为以下两种：一种是自然环境，包括水源、大气、土 壤等；另一种是人文环境，包括固体废弃物、环境生物、噪音、放射性物质等。环境监测通常包括背景调查、确定方案、优化布点、现场采样、样品运送、实验分析、数据收集、分析综合等过程。

2.2 环境监测的发展历史

20世纪50年代，针对发达国家不断发生的化学毒物造成的严重环境污染事故，对环境样品进行化学分析以确定其组成和含量的环境分析便成为这个阶段环境监测的主要特征。自20世纪60年代末开始，环境监测逐渐引入物理的、生物的手段，这一时期的监测工作以对污染源的监督性监测为主要特征。自20世纪70年代中期以来，发达国家把环境监测焦点从对污染源监控转移到环境质量监控上来，使环境监测范围发展到面源污染及区域性环境质量方面。20世纪80年代初，发达国家相继建立了自动连续监测系统和宏观生态监测系统，并借助地理信息系统技术、遥感技术和全球卫星定位系统技术，连续观察空气、水体污染状况变化及生态环境变化，预测预报未来环境质量，扩大了环境监测范围，提高了监测数据的获取、处理、传输、应用的能力，为环境监测动态监控区域环境质量乃至全球生态环境质量提供了强有力的技术保障，极大促进了环境监测的现代化发展，实现了监测的实时性、连续性和完整性。

我国环境监测起步较晚，经过30多年的发展，现已发展到物理监测、生物监测、生态监测、遥感、卫星监测，从间断性监测逐步过渡到自动连续监测。监测范围从一个断面发展到一个城市、一个区域乃至全国。一个以环境分析为基础，以物理测定为主导，以生物监测、生态监测为补充的环境监测技术体系已初步形成[2]。环境监测技术的应用现状

3S技术、生物技术、信息技术、物理化学科学等现代化监测技术已被广泛应用于大气环境监测、水资源调查评价等监测工作。3.1 3S技术在环境监测中的应用

3S技术是以遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)为基础，将这三种独立技术与其他高新技术有机地构成一个整体而形成的一项新的综合技术，它集信息的获取、处理和应用于一身，凸显信息获取与处理的高速、实时与应用中的高精产度、可定量化等方面的优点[3]。3.1.1 3S技术在水资源管理中的应用

当前国内外3S的技术在水资源的调查与评价上的应用是非常广泛的。其主要应用在流域水文模拟、水资源评价、生态环境变迁分析、生态耗水变迁分析、监测水体沼泽、监测水体富营养化等等[4]。在水质遥感监测方面，近几年来，对构成水的质量的一些要素进行定量监测的研究有了一定的进步，这些要素包括浑浊度、总悬移质泥沙含量、pH值、总含氮量等等。

卫星遥感监测技术已经广泛应用于海洋环境监测，并取得良好成效。一般陆地卫星的多光谱扫描仪是用于沿海悬浮泥沙含量和其扩散状态的监测；用于工业排污与生活污水的监测。在1972—1977年间出现了3次大范围海上溢油问题，采用海洋水色成像仪与沿岸带水色扫描仪用于悬浮物浓度或者海域叶绿素的分析，实现全天24小时的海洋油污实时监测，具体监测溢油的分布范围、油膜厚度、移动扩散状况和溢油量等。3.1.2 3S技术在湿地研究中的应用

(1)3S技术在湿地资源动态变化监测中的应用。

运用多时相、多平台的遥感动态变化监测技术及时获取湿地的动态信息，通过地理信息系统技术的空间分析功能和数据管理功能对遥感技术获取的湿地信息进行实时更新，可以获得湿地的动态变化情况[5]。

(2)3S技术在湿地制图中的应用。

迄今，中国、加拿大和爱沙尼亚等国已经出版了国家沼泽湿地图。中国运用3S技术还编制了不同比例尺的湿地景观生态图[6]；完成了黄河三角洲1：5万和1：10万地图的编制[7]等。3.1.3 3S技术在土壤环境监测中的应用

过土壤波谱分析，应用高光谱遥感数据能较好地探测土壤表层或浅表层的性状，并且结合相应的野外采样测量或实地观察建立起各种不同类型的分析模型，对土壤机械组成、酸碱度、水、养分含量、矿物质等参量、土肥状况等实现定量观测[8]。自2003年起，中国科学院在高光谱遥感技术的支持下对青藏高原地区2003—2010年表层土壤水分进行了成功反演[9]，从而为脆弱生态区土壤环境的监测奠定了基础。

为了保护土壤，防止土壤侵蚀面积不断扩大，美国农业部自然资源保护局运用3S技术开展全国土壤资源调查，并且进行小流域调查与制图。在此基础上，美国国家土壤侵蚀研究实验室建立了诸如土壤侵蚀方程、评价土壤侵蚀模型、水蚀预报模型、风蚀预报系统等[10]，从而为各种情况下土壤侵蚀预测和评价提供技术和方法支持。

此外，在草地、森林等生态系统相关领域的环境监测中，3S技术都在发挥着重要的作用。

3.2 生物技术在环境监测中的应用

随着生物技术的迅猛发展，以现代生物技术为代表的高新技术在环境科学中得到了越来越广泛的应用。现代生物技术是以DNA重组技术的建立为标志的多学科交叉的新兴综合性技术体系，它以分子生物学、细胞生物学、微生物学、遗传学等学科为支撑，与化学、化工、计算机、微电子和环境工程等学科紧密结合和相互渗透，极大地丰富了各学科的内涵，推动了科学理论和应用技术的发展。

现代生物技术正被利用或嫁接到环境监测领域，构成了现代生物监测技术。目前，在环境监测领域，应用比较广泛的有生物大分子标记物检测技术和PCR(多聚酶链式反应)技术，此外，当今研究和应用比较广泛的生物技术还有单细胞凝胶电泳、生物传感器、酶联免疫技术等。3.2.1 生物大分子标记物检测技术

生物大分子标记物监测技术可以在分子水平阐述分子适应等生态问题的机制，具有预警性和广泛实用性的特点，有助于更好地揭示生物与环境之间的相互作用机制，为污染环境的生物修复提供理论依据。主要的生物大分子标记物及其检测技术有核酸分子损伤检测技术、报告基因标记技术、DNA芯片技术、酶分子标记物检测、金属硫蛋白的检测、抗氧化剂防御系统的检测等。3.2.2 PCR技术

多聚酶链式反应(简称PCR)技术是在体外合成特异性DNA片段的方法，其原理类似于生物体内DNA的复制。通过选择生物的一段特异性基因进行体外扩增，再由凝胶电泳等DNA分析技术确定其种类及含量。近年来，依据PCR分析突变的相关技术进展很快，主要有[3]：寡核苷酸探针杂交；DNA直接测序；限制性内切酶图谱；变性梯度凝胶电泳等。

作为最现代的生物技术之一的PCR技术，具有快速、灵敏、准确、简便、特异性强的特点，可以针对某种或某几种致病微生物作出检测判断，因此在水环境微生物检测中应用越来越广泛。

Tay等[11]利用特异性16S rDNA 引物扩增两种甲苯降解菌。荧光定量PCR 结果显示：自养黄色杆菌和分枝杆菌在甲苯污染地区的数量比非污染地区的高，这与先前调查结果一致。但自养黄色杆菌只在污染地区夏季有相对短暂的繁盛，而分枝杆菌超过5个月时数量仍很高，表明了分枝杆菌在甲苯降解方面比想象的更为重要[12]。

Cummings等[13]通过荧光定量 PCR 技术监测了沿湖泊重金属污染浓度梯度中还原铁离子泥土杆菌家族的丰度与分布。结果表明其分布相对均匀，泥土杆菌家族的分布不受重金属离子浓度的影响。

何闪英等[14]为建立快速、准确鉴定和定量检测赤潮生物的方法，以圆海链藻为例，以其中18S rDNA序列为寻找种特异性引物的靶区域，通过分析 18S rDNA 序列，设计出适合用于荧光定量PCR的引物与探针，并通过常规PCR验证确定其特异性，进而以圆海链藻荧光定量PCR的引物和探针，建立了定量检测圆海链藻的实时荧光定量PCR检测方法。与传统的显微镜计数方法比较，两 者所获结果无显著性差异，证明了本方法的可行性，从而为我国沿海水域赤潮问题的研究提供了良好的技术检测途径。

变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术在微生物群落多样性和种群动态监测中得到广泛使用[15]。赵兴青[16]等从玄武湖、莫愁湖和太湖沉积物中直接提取微生物总 DNA，然后通过 DGGE技术指纹图谱来分析湖泊表层沉积物中微生物群落结构的差异性，结合条带回收、扩增、序列测定，从而了解不同湖泊和相同湖泊不同位点的微生物群落结构的多样性。3.2.3 其他生物技术

单细胞凝胶电泳(SCGE)，即彗星试验是一种通过检测DNA链损伤来判别遗传毒性的技术。环境中的遗传毒物浓度一般很低，而彗星试验检测低浓度遗传毒物具有高度灵敏性，所研究的细胞不需要处于有丝分裂期。同时，这种技术只需要少量细胞[17]。Mirjana Pavlica等[18]用暴露在五氯苯酚(PCP)中的淡水蚌类血细胞进行彗星试验，观察血细胞中DNA损伤程度。在进行实验室实验和原位实验后，发现高浓度的 PCP(80g/L)会引起血细胞中DNA断裂，表明用彗星试验检测DNA损伤能够监测水体中的PCP污染。

生物传感器[19]是将生物学、化学和物理学融为一体的一种新装置，可以根据生物的酶、亚细胞器以及细胞或组织对污染的反应，将其转换为电信号，通过放大系统显示，再用计算机系统处理检测信号，实现自动化监测。目前，这种生物传感器技术可以对水质的BOD进行快速监测。

3.3 信息技术在环境监测中的应用

随着计算机、网络等现代信息技术在各领域应用的不断深入，信息技术已经被广泛应用于环境监测中。3.3.1 无线传感器网络技术

环境监测应用中无线传感器网络属于层次型的异构网络结构，最底层为部署在实际监测环境中的传感器节点。向上层依次为传输网络、基站，最终连接到网络。通过该技术能够将监测的数据传送到数据处理中心，监护人员(或用户)可以 通过任意一台连入网络的终端访问数据中心，或者向基站发出命令。

许妍等[20]研究的基于无线传感器网络技术的农田灌溉系统可实现对农田土壤的湿度、温度等参数的在线监测和实时控制，从而提高了农业生产效率。3.3.2 PLC技术

可编程逻辑控制器(PLC)是集自动化技术、计算机技术和通信技术于一体的新一代工业控制装置，在结构上对耐热、防尘、防潮、抗震等都有精确考虑，在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施，非常适用于条件恶劣的户外及工业现场[21]。此外，可以用于雨水的远程监测，对于农业生产及防洪抗旱有着积极的意义，还可以对河水水位、流速、水质的测量实现远程监视。

3.4 物理化学科学在环境监测中的应用

近年来，由于高分子化学、分析化学、物理科学等科学的不断发展与完善，物理化学科学在环境监测中有了较为广泛的应用。3.4.1 动态膜压法监测技术

动态膜压法的理论基础是Gibss用热力学的方法推导出的吸附公式，该方法不需要对水样进行预处理，不同性质、不同浓度的有机成膜分子可以得到不同的动态膜压图谱，有效地将成膜分子的状态、结构及分子间的相互作用等反应出来。并且不需要添加任何化学试剂，无二次污染，外界干扰因素小，测定速度快，灵敏度高。用此法可对受污染水体以及其他未知天然水系的微表层进行研究[22]。3.4.2 DOAS技术

差分光学吸收光谱技术(DOAS)的工作原理是利用分子的窄带吸收光谱来辨别气体的成分，通过其吸收谱的强度推导被测气体的浓度，其理论基础是朗伯比尔定律。DOAS系统通过一系列优化的数据处理流程和环节，可以成功地监测大气中多种气体成分的浓度。此外，物理化学方法如电感耦合等离子体质谱(ICP—MS)法、激光熔蚀法(LA)、氢化物发生法(HG)、偏振能量色散X射线荧光光谱法等在土壤样品分析，尤其是痕量元素的测定及分析中得到较广泛的应用[23]。环境监测技术的发展趋势

环境监测技术经过几十年的发展，在实践中发挥着重要的作用。随着社会的发展，环境监测技术也在进一步的发展，从目前环境监测技术的发展来看，未来的发展趋势主要表现在以下几方面。

4.1 以有机污染物作为在线监测的主要目标

通过对大量的研究数据和结果的分析可以了解到，目前有机污染物的污染十分严峻，而且这些有机污染物都有毒有害。因此，对有机污染物进行监测已经成了当前的一项重要任务。所以，今后需要适时的、全面的、系统的开展有机污染物的监测工作，及时有效地将环境中的有机污染物监测出来。

4.2 扩展监控介质范围，对有毒有害物质进行全面监控

多环芳烃类、多氯联苯类以及某些重金属有毒污染物会在一定的外界条件影响下，在不同的环境介质如大气、水、沉积物中迁移、转化和积累，因此，需要对多种环境介质进行监控，实现对有毒有害物质的全面监测，保证人类健康和环境安全。

4.3 运用痕量分析，提高监测分析精度

环境中的许多有毒有害物质，尽管其浓度很低，但是会对人体造成巨大的伤害。因此，有必要发展和使用痕量和超痕量分析技术，进一步提高监测的精度，全面掌握受污染的状况，以便采取有效措施，预防和控制污染物对人体和环境的危害。4.4 监测分析器小型化，现场快速分析技术得到普及

在环境管理的实践中，往往需要对一些污染事故的现场进行监测，包括污染物排放源和现场污染情况等，这就需要对污染进行定性和分析，及时分析出某种污染物的类别、构成或浓度，因此，有必要发展和使用现场快速分析技术，以便能够更加有效的对现场污染进行监测，而监测仪器的小型化也为其提供了物质保障。

4.5 实验室管理系统将得到广泛应用

使用实验室管理系统(LIMS)，能够进一步提高实验室的管理水平，提高实验室采集数据和分析数据的自动化程度，减少人为因素的干预，进一步确保数据的原始性和准确性。从而达到降低成本，规范数据分析的目的，促进数据分析工作的流程化。还可以加深管理人员对实验室基本情况的认识和了解，及时发现不符合规定的管理行为，并积极采取措施加以改进，从而规范实验流程，提高数据的可靠性，降低实验室的运行成本，提高工作效率。小结

环境监测技术能够为环境保护提供科学合理的依据，对防治环境污染，加强环境保护有着重要的现实意义。环境监测技术的发展不是一朝一夕的事情，需要一代人甚至几代人的不断努力。只有了解环境监测技术的现状，坚持不懈地完善环境监测技术，才能保证环境监测的可靠性。在今后的工作实践中，我们需要重视环境监测技术的运用，加大资金投入，进一步规范环境监测的各项工作，提升监测技术、更新监测设备、提高监测人员的综合素质，建立健全完善的环境监测体系，推动环境监测工作的进一步发展，从而实现人类的可持续发展。参考文献

[1] 杨婉平．探讨环境监测技术的现状及发展[J]．民营科技，2011(6)：26.[2] 徐丽.浅谈环境监测技术的现状和发展[J].环境科学导刊，2010，29(S1)：115—118.[3] 乌云娜，冉春秋，高杰.环境监测技术的应用现状及发展趋势[J].生态经济，2009(12)：89—91.[4] 石媛，陈宪伟.环境监测技术的应用现状及发展趋势研究[J].科技与企业，2012(24)：62.[5] 黄慧萍.遥感技术在广东省湿地类型调查中的应用[J].国土资源遥感，1996，30(4)：9—15.[6] 李蓬莱.1：100万东北区沼泽图编制的研究[J].地理科学，1984，4(4)：350—356.[7] 翟俊辉，杨瑞馥.生物芯片、生物传感器和生物信息学[J].生物技术通报，2002，13(3)：209—213.[8] 周萍．高光谱土壤成分信息的量化反演[D]．北京：中国地质大学(北京)，2006． [9] 赵振亮．基于高光谱数据的盐渍化土壤光谱特征研究及信息提取[D]．乌鲁木齐：新疆大学，2013．

[10]中国科学技术协会．土壤学学科发展报告[ M]．北京：科学技术出版社，2011.[11] Tay S T，Hemond F H，Krumholz L R，et al.Population dynamics of two toluene degrading bacterial species in a contaminated stream[J].Microbial Ecology，2001，41(2)：124—131.[12] 赵晓祥，庞晓倩，庄惠生.荧光定量 PCR技术在环境监测中的应用研究[J].环境科学与技术，2009，32(12)：125—128.[13] Cummings D E，Snoeyenbos West O L，Newby D T，et al.Diversity of Geobacteraceae species inhabiting metal-polluted freshwater lake sediments ascertained by 16S rDNA analyses[J].Microbial Ecology，2003，46：257—269.[14] 何闪英，吴小刚.赤潮研究中圆海链藻实时荧光定量PCR检测方法的建立[J].水产学报，2007，31(2)：193—198.[15] 毛海英，徐章法.利用分子生物学技术监测环境污染的研究进展[J].江苏环境科技，2007，20(S1)：66—68.[16] 赵兴青，杨柳燕.PCR—DGGE技术用于湖泊沉积物中微生物群落结构多样性研究[J].生态学报，2006，26(11)：3610—3616.[17] Woods J A，O＇Leary K A，McCarthy R P，et al．Preservation of comet assay slides： comparison with fresh slides．Mutation Research / Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis，1999，429(2)： 181—187．

[18] Mirjana Pavlica，Gran I V Klobu，Nina Moja，et al．Detection of DNA damage in gametocytes of zebra mussel using comet assay[J]．Mutation Research/Genetic Toxicology and Environmental Mutagenesis，2001，490(2)：209—214．

[19] 戴舒雅，余俭，丁波，等.生物监测在水环境监测中的应用及发展趋势[J].污染防治技术，2013，26(5)：62—65.[20] 许妍，吴克宁．欧盟土壤环境评价监测项目及其对我国农用地质量监测的启示[J]．生态环境学报，2011(11)：1777—1782．

7.沥青路面再生技术的应用及发展 篇七

按照沥青的设计寿命 (15~20年) , 从现在起, 每年有12%的沥青路面需要翻修, 旧沥青废弃量将达到每年220万t之巨, 如能加以利用, 每年可节省材料费3.5亿人民币, 10年以后, 沥青路面的大、中修产生的旧沥青混合料将达到1000万t, 届时通过再生利用每年可节约材料费15亿元。因此, 沥青再生技术的研究、推广和相关专用设备的开发, 对降低建设成本、保护生态环境以及对我们国家的公路建设都有极大的意义。

1 沥青路面再生技术的介绍

沥青路面再生 (简称RAP) :是将路面翻挖或铣刨, 回收旧料, 经过破碎、筛分, 再添加一部分新骨料与新沥青 (必要时可添加再生剂) , 重新拌制, 获得满足高等级公路路用性能要求的再生沥青混合料, 并用于铺筑路面面层或基层的一项适用技术。

再生沥青路面的施工按温度可分为热法施工和冷法施工。热法施工按施工工艺又可分为现场热再生法和厂拌热再生法。

1.1 现场冷再生法

现场冷再生法是用大功率路面铣刨拌和机将路面混合料在原路面上现场铣刨、翻挖、破碎, 再加入稳定剂、水泥、水和骨料同时现场拌和, 用路拌机原地拌和, 最后碾压成型。这种方法主要应用于冷法施工中, 且新添加的结合料是乳化沥青, 这种方法对设施要求较低, 生产成本不高, 但同时再生路面的品质不是很好, 目前该方法使用较少, 主要是用于等级低的道路或铺筑基层使用。

1.2 现场热再生法

现场热再生是一种现场修复破损路面的过程, 它通过加热软化路面, 铲起路面废料, 再和沥青粘合剂混合, 有时可能还需要添加一些新的骨料。然后将再生料重新铺在原来的路面上。一般用一台大型“沥青路面热再生联合机组”, 先把沥青路面烤热软化, 再将旧沥青层收集起来输送到该机组中的双卧轴连续搅拌机上, 添加新骨料、补充新沥青, 搅拌后排到机组的摊铺器上, 摊铺、捣实、熨平, 再用压路机碾压, 铺成一条新路。这种方法施工简单方便, 多用于基层承载能力良好、面层因疲劳而龟裂的路段, 特别适用于老化不太严重, 但平整度较差的路面。

1.3 工厂热再生法

工厂热再生法就是将旧沥青路面经过翻挖后运回拌和厂, 再集中破碎, 根据路面不同层次的质量要求, 进行配比设计, 确定旧沥青混合料的添加比例, 再生剂、新沥青材料、新集料等在拌和机中按一定比例重新拌和成新的混合料, 从而获得优良的再生沥青混凝土, 铺筑成再生沥青路面。利用这种方法, 可以方便对已被翻挖的基层甚至路基的一些地段进行有效的补强, 沥青层的重铺则可以象新路施工一样, 分别按下面层、中面层、上面层 (磨耗层) 的不同技术要求进行配合比设计, 确定旧沥青回收料的添加比例。

1.4 全深式再生法

全深式再生法是将沥青层和部分基层材料同时进行现场冷再生, 形成路面基层的一种技术。全深式再生实际上是现场冷再生的一种, 只不过是再生厚度范围内包含了部分基层, 国内全深式再生工程的再生结合料绝大部分采用水泥, 个别采用乳化沥青和泡沫沥青。

2 沥青路面再生技术在国内及国外的应用及发展

2.1 沥青路面再生技术在国外的发展

沥青路面的再生应用在发达国家是成熟技术, 早已得到相当广泛的应用。1997年国际经济合作组织的调查结果显示, 欧美主要发达国家路面再生利用率都达到和超过75%, 荷兰、比利时等国甚至还实现了还实现了100%完全再生利用 (中国沥青网sinoasphalt.com) 。

国外对沥青路面再生利用研究, 最早从1915年在美国开始的, 但由于以后大规模的公路建设而忽视了对该技术的研究。1973年石油危机爆发后美国对这项技术才引起重视, 并在全国范围内进行广泛研究, 到80年代末美国再生沥青混合料的用量几乎为全部路用沥青混合料的一半, 并且在再生剂开发、再生混合料的设计、施工设备等方面的研究也日趋深入。沥青路面的再生利用在美国已是常规实践, 目前其重复利用率高达80%。

2.2 沥青路面再生技术在国内的发展

上个世纪70~80年代, 我国曾在不同程度上利用过废旧沥青混合料来修路, 再生后的材料一般只用于轻交通道路、人行道或道路的垫层。从上个世纪80年代后期开始, 伴随着我国高等级公路的大规模建设, 新建公路路面几乎不再考虑使用废旧路面材料, 路面再生技术的研究基本处于停滞状态。路面维修重建产生的废旧路面材料多被当作“建筑垃圾”遗弃, 造成了环境污染和资源浪费。近几年, 伴随着我国大量高等级公路进入大修、重建阶段, 废旧路面材料的再生利用问题重新得到重视和广泛关注。

20世纪70年代, 一些养路部门就已经自发进行了废旧沥青路面材料的再生利用。80年代中期, 苏州、南京、武汉、天津四个城市率先对沥青混合料再生利用技术进行试验研究和推广工作, 取得一定成果。1991年6月发布的《热拌再生沥青路面施工及验收规程》CJJ43-91, 提出了再生沥青混合料所用的矿料、沥青的品质和混合料的技术要求, 这些要求主要针对中、轻交通道路。对原路面性能评价、再生剂的选择、施工工艺等方面阐述较少, 不能很好地指导施工。现在, 随着我国目前的高等级沥青路面逐渐进入大修期, 沥青路面的再生利用又逐渐引起重视, 成为研究和应用的热点。

3 沥青路面再生技术施工的特点

3.1 现场冷再生、全深式再生技术特点

(1) 主要功能。通过沥青路面的现场冷再生, 可以实现: (1) 实现旧沥青路面层的翻修、重建; (2) 实现旧路面沥青层材料的常温拌和及现场再利用。

(2) 适用场合。现场冷再生技术一般用于病害严重的一、二级公路沥青路面的翻修、重建, 冷再生路面一般需要加铺一定厚度的沥青罩面。

(3) 优缺点。现场冷再生的优点: (1) 实现了现场的再生利用, 节省了材料转运费用; (2) 施工过程的能耗低、污染小; (3) 适用范围广。现场冷再生的缺点: (1) 施工质量控制的难度较大; (2) 一般需要加铺沥青罩面层。

3.2 现场热再生技术特点

(1) 主要功能。通过沥青路面的现场热再生, 可以实现: (1) 修复沥青路面表面层病害; (2) 恢复沥青表面层物理力学性能; (3) 恢复沥青路面平整度, 修复沥青路面车辙; (4) 实现旧路面沥青层材料的现场再利用。

(2) 适用场合。现场热再生一般用于高等级公路沥青路面表面层病害的修复。

(3) 优缺点。现场热再生的优点:实现了现场的沥青路面再生利用, 节省了材料转运费用。

现场热再生的局限性: (1) 再生深度通常限制在2.5~6cm; (2) 无法除去已经不合适进行再生的旧混合料, 级配调整幅度有限。

3.3 工厂热再生技术特点

(1) 主要功能。通过沥青路面工厂热再生, 可以实现: (1) 修复沥青路面面层病害; (2) 恢复甚至改善沥青路面混合料的路用性能; (3) 以热拌沥青混合料的形式实现旧路面沥青层材料的再生利用。

(2) 适用场合。工厂热再生技术适用于各等级公路沥青路面经铣刨、挖除下来的沥青层材料的再生利用, 再生后的沥青混合料适用于各等级公路沥青路面的建设和维修养护工程。

(3) 优缺点。工厂热再生的优点: (1) 再生工艺易于控制, 再生后的沥青混合料性能比较理想; (2) 适用范围广。工厂热再生的缺点:铣刨下来的旧沥青层材料需要来回运输。

4 沥青再生技术亟待解决的问题

(1) 设计施工规范与验收评定标准。随着我国高等级沥青路面增多, 今后必将面临更多的旧路面再生利用的问题。因此, 必须对该项技术进行全面的、系统的整理加工, 并进行必要的试验验证, 使该项技术达到规范和标准化, 用以指导全国的道路养护工程建设项目。

(2) 旧沥青再生效果的检测。旧料在热态下, 旧沥青呈熔融状态, 能够与液态的新沥青交融混和而成。然而, 这仅是一种理论推测, 实际交融混和的情况到底如何, 并无法得知。虽然以再生混合料的物理力学性能试验可间接分析再生效果的优劣, 但仍不是一种直观的检测方法。为此, 必须研究方便而快速的检测方法。

(3) 再生机械。铺筑再生沥青路面, 工序多, 工艺复杂, 因此, 提高施工机械化水平, 减轻手工劳动, 是沥青路面再生技术能否大面积推广的关键。大面积铺筑再生沥青路面, 迫切需要路面翻挖机械, 旧料破碎、筛分机械, 混合料拌和机械等。既要有适于集中厂拌的大型机械, 又要有适于养路部门使用的各种小型机具。积极组织力量, 制订计划, 切实抓好各种再生机械的研制和生产。

由于沥青路面冷再生节约了大量的建设和养护资金, 减少了资源的浪费和环境的破坏, 具有巨大的经济效益和社会效益, 目前路面冷再生技术在我国还处于试验推广阶段, 在强调可持续发展的今天, 进一步加强研究路面冷再生技术, 对我国公路的建设发展都具有特别重要的意义

参考文献

[1]张启安, 李晓明.沥青路面冷再生技术初探.工程建设机械, 2005 (6)

[2]吕伟民, 严家及.沥青路面再生技术.交通标准化, 2005 (9)

[3]任少英.沥青路面再生技术的推广方略.内蒙古农业大学学报 (自然科学版) , 2008 (4)

8.煤矿采矿技术的应用及发展展望 篇八

关键词：采矿技术；煤矿采煤；安全生产

中图分类号：TD824 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）26-0082-02

我国科学技术和经济在近三十年来高速发展，社会不断进步，煤炭作为社会发展和经济发展的源动力，为人民的生产生活提供了能源支持，也成为了国民经济的重要支柱之一，并且随着经济的发展，城市化进程的推进，人们对能源的需求量越来越大，作为最重要的能源，煤炭的需求量也日趋增大，对煤炭开采和生产的技术要求也越来越高。目前，煤矿开采已经成为了我国的支柱行业，然而由于传统煤矿开采中忽视了采矿技术的应用，采矿效率和煤矿的生产效率都处于较低的水平。面对日益减少的煤矿资源，如何充分利用煤矿资源生产更多优质高效的煤炭，如何在社会需求不断扩大的背景下，提高采矿业的生产效率，创造更高的社会价值已经成为煤矿开采行业值得研究和思考的问题。

1 我国煤矿采矿技术的应用现状

我国煤矿开采行业发展速度较快，得益于庞大的煤矿资源和低廉的人力资源成本，我国的煤炭产量已经跃居世界第三。在煤矿的开采量和煤炭的生产量不断增长的同时，我国采矿技术的应用却一直停留在初级阶段。造成这种状况的原因是多方面的：一方面由于我国采矿技术的发展历程较短，采矿技术与发达国家的先进技术还是有一定的差距的。另一方面由于我国传统的煤矿开采行业过于重视对煤炭产量、生产力和眼前的效益的评估和考量，而对煤矿开采的效率、矿藏的综合利用率、环境保护等方面的因素考虑较少。在经济利益和社会需求量的驱使下，我国如今主要的煤矿采矿方法有崩落采矿法、充填采矿法、空场采矿法、大倾角采矿技术等方法。大倾角采矿技术发展尚不成熟，大倾角煤炭矿床在我国新疆、陕西、宁夏等地区存量较大，但由于大倾角煤层矿床开采技术的不成熟，许多大倾角煤层矿床无法开采，许多正在开采中的大倾角综放采场也存在许多未解决的技术问题，因此导致存在安全隐患。大倾角煤层矿床开采中，对综放液压支架的工作阻力的合理确定和支架阻力不稳定的应对方法是大倾角煤层开采活动中急需解决的问题。

2 我国煤矿采矿技术应用中存在的问题

2.1 采矿技术应用不充分、规章制度不健全

我国煤矿采矿技术应用中的主要问题是采矿技术无法完全落实。任何技术的实施都必须制定相应的实施细则和规章制度。我国幅员辽阔，煤矿分布十分广，从黑龙江到海南岛都分布着数量众多的煤矿资源，加上我国煤矿企业的企业规模相差较大，既有中央企业的特大型煤矿集团，也有许多个人或家庭作坊式的小煤矿集体，因此采矿技术的应用呈现整体性差、地区差异大、规章制度没有统一的标准，采矿技术的实施也因人而异，因企业的文化、综合实力和财力等的差异而不同。煤矿采矿中使用到大量的机械设备，机械设备的应用是采集技术应用的重要方面。而在实际应用中，由于机电设备的管理制度不健全、维修保养不规范，导致机电设备故障频发，影响了新设备、新技术在采矿过程中的应用效果。更甚者，由于设备的维护保养不当或操作人员未按照安全操作规程进行操作和使用机电设备，从而酿成安全事故，给煤矿带来了巨大的经济损失和人员伤亡。

2.2 煤矿采矿过程中对环境的破坏

我国粗放式的煤矿采矿过程给环境带来了巨大的破坏，造成了严重的生态问题。采矿过程中给水资源造成了污染、断流、抽干等破坏，采矿过程中对矿区的植被造成的破坏，使区域生态系统十分难以恢复。同时采矿过程中释放的二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳等气体给空气造成了严重污染。

2.3 煤矿采矿中专业技术人员的缺乏

煤矿采矿过程中对采矿技术的应用和推广需要专业的技术人员的支持。专业的采矿技术人员包括工程技术人员、设备管理、维修人员、采矿工人、设备使用工人等，其都应当具备较高的采矿技术素质素养，能够使用新型机电设备，能够按照采矿技术要求中的相关规定实施采矿作业。目前，我国采矿工人、设备维修、使用人员的整体素质不高，制约了新技术、新设备的应用和推广。

3 我国煤矿采矿技术的发展展望

3.1 完善采矿技术应用规范化的行业制度

采矿技术的推广和应用必须有相应的规章制度作为支撑。推广和完善采矿技术首先应当明确采矿企业中的技术工作流程和工作目标；使企业的工人能够通过规范化的操作规程和安全使用规章了解自身在采矿技术的应用过程中的工作方式和工作内容。其次要通过制度化的技术应用规章发挥专业技术在采矿过程中的效果，通过制定科学合理的生产量和产能比等可量化的指标保证技术措施在实际生产过程中得到了应用。

3.2 积极引导采矿新技术的引进和研发

采矿企业和政府主管部门应当从长远考虑，高瞻远瞩地引导和推进煤矿采矿新技术的研发和国外新技术的引进。目前，我国煤矿的采矿技术与发达国家的先进技术相比差距很大，为了提高采矿技术的应用，提高我国煤矿生产的效率，提高煤矿的生产力和产能比，我们可以借鉴国外先进的采矿技术，并结合我国的实际情况，进行变更和补充，变成我们自己的技术。例如国外煤矿开采过程中使用的保水开采技术，能够有效保护地下水资源，能够有效减少对环境的破坏，值得我们去借鉴和研究。

3.3 提高煤矿采矿中专业技术人员的综合素养

煤矿企业应当加大对采矿专业技术人员的人才培养机制建设力度，应当通过多层次的专业培训使煤矿采矿专业技术人员的技术能力和综合素养不断提高，同时应当立足企业内部，挑选优秀的采矿专业技术人才，并加以培养。

4 结语

总之，加大采矿技术的应用和新技术的研发，对于我国能源行业的精细化生产模式的推进和我国经济转型具有重要的战略意义。

参考文献

[1]郑爱华，许家林，钱鸣高.科学采矿视角下的完全成本体系[J].煤炭学报，2008，（10）：33-34.

[2]何荣辉.改进小煤矿采煤方法和开采工艺探讨[J].新农村（CN23-1552/S），2010，（5）：43-44.