探地雷达技术应用综述

2024-05-04

探地雷达技术应用综述（共11篇）

篇1：探地雷达技术应用综述

探地雷达技术在岩溶探测中的应用

以黄河万家寨库区右岸岩溶探测为例,论述了雷达探测方法的.技术及其工作原理,并结合岩溶探测实例,分析了岩溶地质现象所产生的雷达波场异常的空间展布特征,划定了该测区溶洞、溶蚀裂缝等岩溶地质异常的空间展布范围,验证结果表明:探地雷达技术在浅层岩溶探测中的有效性.

作者：崔阿李刘康和 CUI A-li LIU Kang-he 作者单位：崔阿李,CUI A-li(山西省万家寨引黄工程管理局,山西,太原,030012)

刘康和,LIU Kang-he(中水北方勘测设计研究有限责任公司,天津,300222)

刊名：地球科学与环境学报 ISTIC英文刊名：JOURNAL OF EARCH SCIENCES AND ENVIRONMENT年，卷(期)：200830(2)分类号：P631.44关键词：探地雷达岩溶水利枢纽波场空间分布

篇2：探地雷达技术应用综述

探地雷达在探测岩溶中的应用

介绍了探地雷达的基本原理,总结出雷达波在不同介质中的传播特性.并通过工程实例证明了探地雷达探测岩溶的可行性和有效性.

作者：王昌勇严鸿严永帮唐卫军作者单位：青海省第三地质矿产勘查院,青海西宁,810029刊名：青海国土经略英文刊名：QINGHAI GUOTU JINGLUE年，卷(期)：2009“”(4)分类号：关键词：探地雷达雷达波有效性

篇3：路用探地雷达的工程应用

当前,随着国家基础建设投资力度的加大,我国各地的交通或市政道路建设迅速发展,对施工质量的管理也更加严格。由于路面结构层厚度是评价道路可靠性、使用年限等的重要参数,因此加强路面结构层厚度的检测是一项重要的质量控制工作。传统的钻孔取芯法和开挖取样法存在破坏性强、抽样数少、代表性差、费用高、效率低等弊端,为此急需发展快速、简便、有效的公路质量无损检测技术。探地雷达是一种能满足上述要求的公路无损检测技术,在国外发达国家已经普遍应用,国内的应用才刚刚起步。探地雷达与常规的公路质量检测方法对比具有其独特优势,在公路路面厚度检测方面具有数据可靠、快捷、不损路面、测点连续、测点多(可达上万个)等优点,必将得到越来越广泛的应用。

1 探测原理

探地雷达利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式,由地面通过发射天线向地下发射,当它遇到地下地质体或介质分界面时发生反射,并返回地面,被放置在地表的接收天线接收,并由主机记录下来,形成雷达剖面图。由于电磁波在介质中传播时,其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质的电磁特性及其几何形态而发生变化。因此,根据接收到的电磁波特征,即波的旅行时间(亦称双程走时)、幅度、频率和波形等,通过雷达图像的处理和分析,可确定地下界面或目标体的空间位置或结构特征[1]。

雷达波(电磁波)在界面上的反射和透射遵循Snell定律。实际观测时,由于发射天线与接收天线的距离很近,所以其电磁场方向通常垂直于入射平面,并近似看作法向入射,反射脉冲信号的强度,与界面的反射系数和穿透介质的衰减系数有关,主要取决于周围介质与反射目的体的电导率和介电常数,对于以位移电流为主的介质,即大多数岩石介质属非磁性、非导电介质,常常满足σ/ωε≪1,于是衰减系数β的近似值为[1]:

即衰减系数与电导率σ及磁导率μ的平方根成正比,与介电常数ε的平方根成反比。

而界面的反射系数为:

式中Z为波阻抗,其表达式为:

显然,电磁波在地层中的波阻抗值取决于地层特性参数和电磁波的频率。由此可见,电磁波的频率(ω=2πf)越高,波阻抗越大。

对于雷达波常用频率范围(25~1000MHz),一般认为σ≪ωε,因而反射系数r可简写成:

上式表明反射系数r主要取决于上下层介电常数差异。

应用雷达记录的双程反射时间可以求得目的层的深度H:

式中:t为目的层雷达波的反射时间;v为雷达波在目的层以上介质的传播速度均值。

2 工程概况

海口市某大道为新建市政道路,长度4880m,机动车道宽16m,分两幅4车道(A、B、C、D车道),其中左幅(C、D车道)K0+000~K4+530桩号段、右幅(A、B车道)K0+000~K4+630桩号段设计路面为3层沥青混凝土,设计厚度分别为40mm、60mm、50mm,总厚度150mm;左幅(C、D车道)K4+530~K4+880桩号段、右幅(A、B车道)K4+630~K4+880桩号段设计路面为2层沥青混凝土,设计厚度分别为40mm、50mm,总厚度90mm。

道路结构分层为:①沥青混凝土层,测试道路分两段,设计厚度分别为150mm和90mm;②水稳层;③垫层、基层。

现场试验及工程经验表明:沥青混凝土层与水稳层等各层间具有一定的电磁性差异,具备开展探地雷达工作的物理前提。由于勘测工作区域是高等级公路,来往车辆较多,对现场数据采集有一定影响。

本次测试的主要目的是查明道路修建时铺设路面沥青混凝土层厚度分布规律,为审计科学决策提供依据。

3 测试技术及数据处理

根据任务要求及路面情况,探地雷达测线分别布置在该道路K0+000~K4+880桩号段机动车道中间部位。采用剖面法施测,仪器主机及其操控系统放置在勘测车上,测试天线放置在勘测车尾部贴地面托行,勘测车以每小时5~10km的速度沿勘测车道中心线缓慢前进,水平间隔距离约0.1m记录一道,测道记录位置使用雷达天线自带的测量轮计量。

使用瑞典MALA公司生产的RAMAC/GPR探地雷达系统,设置参数为:天线中心频率1000MHz,记录时窗10.3ns,采样频率24753MHz,采样点数256,32次叠加,扫描速度150扫/s[2]。

雷达资料的数据处理主要有:①滤波及时频变换处理;②自动时变增益或控制增益处理;③多次重复测量平均处理;④速度分析及雷达合成处理等,旨在优化数据资料、突出目的体、最大限度地减少外界干扰,为进一步解释提供清晰可辨的图像,可依据该图进行解释。

勘测过程中随机选择了10个点进行钻孔取芯工作,取出沥青混凝土芯样后用钢尺量测沥青混凝土厚度,并计算雷达波在沥青混凝土中的传播速度平均值,以此求取雷达勘测的沥青混凝土层厚度测试值。该路段沥青混凝土层雷达波速度标定计算见表1。

4 成果解释与分析

利用数据处理后的雷达图像,全面客观地分析各种雷达波组的特征,尤其是反射波的波形及强度特征,通过同相轴的追踪,确定波组所反映的结构层。

探地雷达资料反映的是地下结构层电磁特性的分布情况,要把地下结构层的电磁特性分布转化为结构层的厚度分布,必须把施工、钻芯、探地雷达这三个方面的资料有机结合起来(见表1),建立测区结构层的地球物理模型,才能准确地获得地下结构层的展布规律。

雷达资料的解释步骤一般为[1]:

(注:上图为原始图像,下图为处理后图像)

(1)反射层拾取:

根据取芯钻孔与雷达图像的对比分析,建立各种结构层的反射波组特征,而识别反射波组的标志为同相性、相似性与波形特征等。

(2)时间剖面的解释:

充分掌握道路设计施工资料,研究重要波组的特征及其相互关系,掌握重要波组的结构特征,其中要重点研究特征波的同相轴的变化趋势。特征波是指强振幅、能长距离连续追踪、波形稳定的反射波。同时还应分析时间剖面上的常见特殊波(如绕射波和断面波等),解释同相轴不连续带的原因等。

根据上述解释原则,以右幅A车道K4+589~K4+656桩号段为例(见图1)对雷达测试结果解释如下:

图1所示桩号段正好跨越沥青混凝土层设计厚度150mm和90mm变化部位,对它的正确认识和分析具有很强的代表性。其中图中上部为雷达原始图像,用此图来划分并计算沥青混凝土层厚度相对困难。而图中下部是经路用雷达专业处理软件处理后得到的雷达图像,由此图判读沥青混凝土层顶界面和底界面的雷达波旅行时间非常容易,并可连续追踪(详见图中标注),结合表1标定的介质雷达波速利用公式(5)即可求出沥青混凝土层厚度。按照《市政道路工程质量检验评定标准》(CJJ1-90)、《公路工程质量检验评定标准》(土建工程)(JTG F80/1-2004)和《公路路基路面现场测试规程》(JTJ059-95)的具体要求,需对测试结果进行数理统计,并计算沥青混凝土厚度的代表值(详见表2)。

此外图1下部图像还可清楚地分辨出设计厚度150mm和90mm的接触桩号与测试剖面记录点的对应关系(该处出现绕射波,同相轴错断),即剖面测试图实际桩号K4+630处。

图2为右幅A车道K4+589~K4+656桩号段雷达解译结果。对雷达的反射剖面的解译:共计存在4个明显的反射层,T0、T1、T2、T3;T0层为路面反射,根据雷达的反射信号判断,K4+610~K4+645桩号段路面反射波比较凌乱,表明该段路面不如其它路段路面致密;T1反射层厚度在50mm左右,为不同时间铺设沥青接触面的反射波;T2反射层K4+589~K4+630桩号段为不同时间铺设沥青接触面的反射波,K4+630~K4+656桩号段为沥青混凝土层底界面,厚度为90mm;T3反射层只是在K4+589~K4+630桩号段可见,厚度为150mm,为沥青混凝土层底界面;解译结果表明,在设计不同厚度的沥青路面交界面的铺设路面厚度与设计厚度一致。

通过雷达测试成果的处理和解释,即可获得全路段沥青混凝土层厚度特征参数,主要结论为:左幅K0+000~K4+530桩号段和右幅K0+000~K4+630桩号段沥青混凝土层厚度一般为108.3~164.2mm,总体厚度平均为133.7mm,标准差10.2mm;左幅K4+530~K4+880桩号段和右幅K4+630~K4+880桩号段沥青混凝土层厚度一般为70.7~102.6mm,总体厚度平均为84.8mm,标准差6.0mm。

5 结语

(1)理论与实践经验表明,路用探地雷达具有检测内容丰富,测试速度快,测点取样密度高,并可无损检测结构层厚度、层间接触面脱空、基层压实松散情况等信息方面的优势,可以定期、快速地跟踪路况,掌握路面病害的成因与发展,及早发现路面的潜伏病害,及时实施路面预防性、针对性的养护,这样比破坏后维护更加经济有效。它对改善路面行驶性能、节约养护资金、延长路面的使用寿命具有重要意义。

(2)探地雷达技术所基于的电磁波理论是复杂的,在实际应用中同样受到介质性质、目标体性质、探测环境、仪器性能和技术经验等因素的影响。因此,在进行资料处理与分析时应结合各种信息进行科学判断,必要时应用多种方法相互验证、互相补充。

(3)随着我国公路建设的飞速发展,以及与国际市场的逐步接轨,顺应国际化的发展趋势,提高公路检测仪器的高科技含量,以达到快速、高效的目的是十分必要的。探地雷达检测技术与传统的公路厚度检测方法相比,弥补了国内在公路路面施工质量无损检测技术方面的不足,既大大地减小了人为因素产生的误差,提高了检测数据的准确性,又能明显地缩短工期,降低工程造价。因此,探地雷达技术的应用对公路工程建设和质量监控具有十分积极的意义。

摘要：路面结构层厚度检测是道路质量控制的重要工作,采用具有快速、无损、可连续测试的探地雷达技术对其进行检测,更能为竣工验收提供科学依据。文中介绍了探地雷达技术在公路路面工程厚度检测中的实际应用,说明探地雷达检测公路路面厚度在实际应用中是切实可行的,在公路工程质量检测中具有独特的优势,为公路路面厚度检测增添了一种新的技术方法。

关键词：探地雷达,路面工程,厚度检测

参考文献

[1]李大心.探地雷达方法与应用[M].北京:地质出版社,1994.

篇4：探地雷达技术应用综述

【关键词】探地雷达公路建设应用

一、引言

公路建设是国家经济发展的基础和命脉，近年来伴随着我国经济的快速增长，促使公路建设已经成为我国重点基础设施建设之一。但是现阶段公路建设的质量参差不齐，使用寿命受损、返修率居高不下，以至于道路桥梁坍塌的事故时有发生，不仅造成了严重的经济损失、而且还危及人民的生命安全。为此，急需一种高校的公路结构检测方法，帮助提高公路建设的质量，同时在公路维护中能够及时发现问题，避免因公路质量出现严重的事故。

二、探地雷达技术在公路建设中的应用

探地雷達（Ground Penetrating Radar，GPR）又称透地雷达，地质雷达，是用频率介于106～109MHz的无线电波来确定地下介质分布的一种无损探测方法。探地雷达方法是通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的分界面时发生反射，根据接收到的电磁波的波形、振幅强度和时间的变化等特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。以下主要针对探地雷达技术在公路建设中的应用进行深入研究：

（一）公路建设前期的应用

探地雷达可用于检测各种材料，如岩石、泥土、砾石，以及人造材料如混凝土、砖、沥青等的组成。雷达可确定金属或非金属管道、下水道、缆线、缆线管道、孔洞、基础层、混凝土中的钢筋及其它地下埋件的位置。它还可检测不同岩层的深度和厚度，并常用于地面作业开工前对地面作一个广泛的调查。

由于公路建设是一项非常复杂的系统工程，整个工程的质量主要依赖于地质勘察的数据资料，根据地面以上的以及地面以下土层的分布，土质的疏松、强度，地下水的深度等地质勘察的数据资料做具体分析。因此在公路建设前期需要对地质基础情况进行勘察，确定公路建设所在地的地质结构，查明暗沟、暗塘、暗河以及流沙体等不良地质体，并且明确路基下是否敷设有电缆和其他管道设施，为公路设计与建设提供准确的地质基础依据。

（二）公路建设中期以及竣工验收的应用

在公路建设中期以及竣工验收的过程中进行厚度检测可以有效地确保路面面层厚度以及公路建设的质量。探地雷达技术可以准确的测量路面面层的厚度，具体测量原理是根据电磁脉冲在路面与路基界面之间的传播时间和传播速度，计算出路面的厚度值。《公路质量检测评定标准》中规定，沥青面层的总厚度允许偏差代表值为-5%h（㎜），极值为-10% h（㎜），上面层代表值为-10% h（㎜），极值为-20% h（㎜），水泥面层代表值为-5㎜，极值为-10㎜。

相比于传统的钻孔取芯法对公路路面造成的破坏而言，探地雷达是通过层界面反射时延和电磁波在不同介质中的传播速度来判断路基结构的厚度，因此则具有明显的无损伤特点，而且检测精度也要明显优于钻孔取芯检测法。经过际检测发现，探地雷达对路面层厚度的检测得到的厚度值与钻孔数据的匹配度较高、平均误差为13.5㎜；对于厚度小于6㎝的沥青路面层，检测误差普遍小于±5㎜；对于厚度为20㎝左右的沥青基层，检测误差能够控制在3～6㎜之间；对于厚度在23～33㎝的混凝土层，检测误差可以控制在3～42㎜之间，由此可见探地雷达路面结构厚度的检测具有良好的效果。

（三）公路检测与维护中的应用

公路检测与维护是决定其使用寿命的关键环节，因为公路在建成投入使用后，长时间的经受车轮的磨损以及外部自然环境的影响，会对其造成不同程度的病害以及损伤，如果不能够在第一时间发现这些病害和损伤，就会降低公路的使用寿命甚至诱发严重的交通事故。根据《公路质量检测评定标准》中的有关规定，在公路质量检测的指标主要有厚度、平整度、压实度、弯沉值等，其中路面厚度是公路检测的重要指标之一。虽然探地雷达技术在公路厚度检测中具有较为明显的优势，但是在公路维护以及隐患排查中的应用还处于探索阶段。伴随着公路网店形成，公路检测逐渐从简单的质量检测过渡到常规性的维护，这样将促使探地雷达发挥其自身的技术优势。通过周期性普查获取公路结构的数据，建立公路网络数据库系统并且与其它手段相结合，形成完整的公路信息系统，通过数据的持续更新版主实现公路的有效检测和维护。

三、结束语

综上所述，随着社会的不断进步，我国的公路建设发展十分迅速，给高速公路的建设技术以及使用性能也提出了更高的要求，为了能够提升公路工程建设的效率提高其使用质量，就需要不断探索、寻求更加先进、科学的新技术。本文主要研究的是探地雷达技术在公路建设中的应用，由于公路建设是一项重要的基础设施，整个项目施工的全过程都必须严把质量关。首先，在公路建设前期通过探地雷达对地质周围的环境进行勘察，为公路设计与建设提供准确的地质基础依据；其次，在公路建设中期以及竣工验收阶段，使用探地雷达技术测量路面面层的厚度，客观评价公路路面的质量；最后，在公路检测与维护阶段，通过探地雷达技术对公路进行全方位监控和维护，提高公路的使用寿命，并进而实现公路建设的安全、舒适、耐久、经济的新理念。

参考文献：

[1]郑廷辉.地质雷达技术在公路建设中的应用[J].山西建筑，2008年15期.

[2]孟照辉、王天均、张世辉.探地雷达技术在深圳软土地基处理中的应用[J].工程地球物理学报，2006年02期.

[3]徐志建.关于岩土工程检测中对探地雷达技术的应用分析研究[J].价值工程，2010年23期.

[4]刘敦文、徐国元、黄仁东、邓宇.探地雷达在公路建设中的应用研究[J].公路交通科技，2004年05期 .

[5]翟彦伟.探地雷达技术在公路路面质量检测中的应用[J].公路，2001年09期.

作者简介：

篇5：探地雷达技术应用综述

探地雷达在非金属管线探测中的应用

介绍了探地雷达在地下管线探查的`应用,对一些典型的探测图像进行了说明,并对其工作方法提出了一些建议.

作者：赵永峰鞠春华伊商鹏 Zhao YongFeng Ju ChunHua Yi ShangPeng 作者单位：山东正元地理信息工程有限责任公司,山东,济南,250014刊名：城市勘测英文刊名：URBAN GEOTECHNICAL INVESTIGATION & SURVEYING年，卷(期)：2009“”(3)分类号：P631关键词：探地雷达非金属管线探测

篇6：探地雷达的发展与现状

探地雷达的历史最早可追溯到20世纪初。1904年，德国人Hülsmeyer首次将电磁波信号应用于地下金属体的探测。1910年，Leimback和Löwy以专利形式提出将雷达原理用于探地，他们用埋设在一组钻孔中的偶极天线探测地下相对高导电性质的区域，正式提出了探地雷达的概念。1926年Hülsenbeck第一个提出应用脉冲技术确定地下结构的思路，他指出介电常数不同的介质交界面会产生电磁波反射。由于地下介质具有比空气强得多的电磁衰减特性，加之地下介质情况的多样性，电磁波在地下的传播比空气中复杂的多，之后二三十年尽管在美国出现过一些相关的专利，这项技术很少被运用到其它领域,直到50年代后期，探地雷达技术才慢慢重新被人们所重视。探地雷达在矿井(1960,J.C.Cook)、冰层厚度(1963,S.Evans)、地下粘土属性(1965,Barringer)、地下水位(1966,Lundien)的探测方面得到了应用。1967年，一个与stern最初用于冰川探测的仪器类似的系统被设计研制出来，1972年Procello将其于探测月球表面结构。同样在1972年，Rex Morcy和Art Drake开创了GSSI(Geophysical Survey Systems Inc.)公司，主要从事商业探地雷达的销售。随着电子技术的发展，数字磁带记录问世，加之现代数据处理技术的应用，特别是拟反射地震处理的应用，探地雷达的实际应用范围在70年代以后迅速扩大，其中有：石灰岩地区采石场的探测(1971,Takazi;1973,kithara;)、淡水和沙漠地区的探测(1974,R.M.Morey;1976,P.K.Kadaba)、工程地质探测(1976,A.P.Annan和J.L.Davis;1978,G.R.Olhoeft,L.T.Dolphin)、煤矿井探测(1975,J.C.Cook)、泥炭调查(1982,C.P.F.Ulriken)、放射性废弃物处理调查(1982,D.L.Wright;1985,O.Olsson)、以及地面和井中雷达用于地质构造填图(1997,M.Serzu)、水文地质调查(1996,A.Chanzy;1997,Chieh-Hou Yang)、地基和道路下空洞及裂缝调查、埋设物探测、水坝的缺陷检测、隧道及堤岸探测等。

自70年代以来、许多商业化的通用数字探地雷达系统先后问世，其中有代表性的有：美国Geophysical Survey System Inc公司的SIR系统、Microwave Associates 的MK系列，加拿大Sensor & Software的Pulse Ekko系列，瑞典地质公司(SGAB)的RAMAC/GPR系列，日本应用地质株式会社OYO公司的GEORADAR系列及一些国内产品(电子工业部LTD系列，北京爱迪尔公司CR-20、CBS-900等)。这些雷达仪器的基本原理大同小异，主要功能有多通道采集、多维显示、实时处理、变频天线、多次叠加、多波形处理等，另外还有井中雷达系统，多态雷达系统，层析成像雷达系统等。

篇7：探地雷达技术应用综述

通过分析探地雷达C-scan数据的特点,得出C-scan数据方差与平方和特性包含了目标有无及位置信息,根据这一特点,提出了一种在C-scan数据中直接进行目标检测与定位的方法.通过对实测数据进行处理,结果表明所提方法取得了较好的效果.

作者：张春城周正欧 Zhang Chuncheng Zhou Zhengou 作者单位：张春城,Zhang Chuncheng(华东电子工程研究所,合肥,230031)

周正欧,Zhou Zhengou(电子科技大学,成都,610054)

篇8：探地雷达技术应用综述

探地雷达是在对地下结构以及地下目标无损性进行探测与分析过程当中所使用的关键工具之一, 利用此种工具, 能够分析得到地下介质的综合性能, 具有穿透性强, 分辨率高, 以及检测无损性等多个方面的优势, 故而在当前的地下结构探测与目标识别领域中得到了非常广泛地应用, 特别是从机场场道建设维护的角度上来说, 相较于传统的道路表面钻孔法而言, 探地雷达技术不会对原有的机场道路面产生破坏, 且操作便捷, 工作效率高, 检测速度快, 精度高, 检测过程中的密度布置不会受到限制, 兼顾点查与普查, 因而其在本领域中的应用逐步深入与发展, 成为了机场场道检测的最主要方案之一。本文即从这一角度入手, 对机场场道检测过程当中探地雷达技术的应用问题展开分析与探讨, 望引起重视。

1 探地雷达检测原理

如图1为探地雷达检测的基本工作原理。在对地下结构进行探测或对目标进行识别的过程当中, 探地雷达所利用的工作原理是“电磁波在道路以下介质层结构传输过程当中若遭遇电磁特性不同的介质层交界面, 则一定会产生不同程度的折射或反射现象”, 电磁波发生反射后所形成的回波被接收天线接收, 通过信号处理提取关键信息, 从而达到目标检测、识别、设置目标成像以及定位的目的。

结合图1来看, 在电磁波所通过路基介质层中无异物且特性基本均匀时, 折射波的能量会发生一定损耗, 故而不会有向上发射的反应。但对于实际道路结构层而言, 由于路基当中势必会存在一定的人为界面, 而这些界面在人为因素的影响下或多或少会产生一定的电磁特性改变, 因而在结构层中所传输的电磁波能够感应这些交界面, 并发生向上传输的反应, 穿透基层后到达空气层, 最终被接收天线所接收。

结合探地雷达系统的工作原理来看, 在发射电磁波入射角, 接收天线与发出天线距离等关键参数确定的背景下, 系统完全可以根据雷达接收信号来搜索波峰, 从而确定各个界面反射回波信号所对应的幅度以及双程时延情况, 从而获得在介质层中电磁波的传播速度, 根据以上确定, 计算得出道路结构层中的相关物理力学指标, 并对异常体的位置进行确定。

2 探地雷达机场场道检测技术实现流程

对于机场而言, 在场道设计工作的开展过程当中, 为了能够保障场道基本功能的实现, 就必须考虑飞机在升降带的荷载, 因此, 对路基均匀性有较高的要求, 路面结构材料性能要求也比较高。探地雷达技术的应用不会对原有的机场道路面产生破坏, 且操作便捷、工作效率高、检测速度快、精度高, 检测过程中的密度布置不会受到限制, 兼顾点查与普查, 故而对机场道路面检测有较好的适应性。以下从探地雷达检测技术的基本原理入手, 结合机场场道路基以及结构层的性能特点, 构建一种全新的检测技术方案, 如图2所示。

根据图2, 为了能够利用探地雷达技术实现对机场场道进行检测的目的, 需要遵循的工作流程为:①对需要进行检测的机场场道路面关键数据进行采集, 同时根据实际检测需求, 设置探地雷达系统的基本参数;②对所采集的数据进行预处理, 关键处理技术包括数据背景回波抑制 (主要是针对存在钢筋的数据进行处理) 、数据去噪等;③将经过预处理的数据用于对机场场道结构的反演, 通过地下结构反演的方式得到场道厚度等关键数据, 同时可估计场道所对应的电性参数;④通过对灾害目标检测与识别技术的应用, 针对检测可能存在脱空问题的路面进行厚度估计;⑤对检测反映出的灾害目标进行定位成像处理, 生成相应的检测报告, 为后续处理提供依据。

3 探地雷达检测中的关键技术

3.1 地下结构反演技术

在对机场场道下结构进行检测的过程当中, 为了达到结构检测以及目标识别的目的, 就需要重视对结构层厚度以及相关电性参数 (主要是指电导率数值以及介电常数值) 的反演工作。此过程当中, 可以利用超分辨率参数估计WRELAX算法实现对回波信号的时延估计, 进而达到反演结构层厚度的目的。同时, 也能够在系统辨识的基础之上, 对有耗介质的电磁特性进行反演, 并且在反演过程当中考虑电导率、频率与介质层介电常数之间的依赖关系, 通过这种方式实现对电导率与介电常数的同步反演, 达到提高电性参数反演精度的目的。

3.2 灾害目标检测技术

由于机场场道所处的环境具有一定的特殊性, 因此, 即便是场道内非常细微的灾害目标都可能会对飞机的正常起飞与降落产生严重威胁。因此, 在机场场道检测中必须将对场道以下灾害目标的检测工作作为重要内容。考虑到探地雷达目标回波的特征, 可以利用建立在Hyp-Curvelet变换基础之上的灾害目标检测技术, 以便能够在合理的尺度条件下将目标信号的能量汇聚在双曲线顶端, 从而在恒定的尺度空间环境下对局部峰值进行搜索, 以达到目标检测的目的。

3.3 钢筋回波抑制技术

从机场场道施工的角度上来说, 考虑到飞机起飞降落对场道结构的冲击影响, 故而需要在某些场道面下配置一定数量的钢筋, 以达到加固结构层的目的。但钢筋的存在会对目标检测产生非常大的干扰, 在探地雷达检测过程中, 反射回波可能与灾害反射回波发生重叠, 导致对灾害目标的检测难度加大, 且影响检测的精度。为了解决这一问题, 同样可以利用Hyp-Curvelet变换技术, 具体方法是:利用Hyp-curvelet变换技术, 在多个尺度下对回波进行分解, 使尺度空间中各个目标的回波信号能够相互独立, 各自形成整体, 预先去除钢筋分量, 然后将数据反变换为时空域, 形成剔除钢筋回波的数据, 提高检测的精确性。

3.4 灾害目标成像技术

在利用探地雷达技术得到灾害目标成像后, 可以将灾害目标在机场场道内所处的空间位置以及灾害目标的具体形状充分反映出来, 以便机场工作人员能够在对机场场道进行维护过程当中实现对灾害目标的准确定位, 减少机场场道出现不必要的损害。在这一过程当中, 可以通过利用Phase-Shift偏移成像技术的方式, 对层状介质下的灾害目标进行成像处理, 利用这种技术手段能够较好地满足地下层状介质的检测工作, 通过对目标进行相移处理的方式得到各个深度波场数据, 重构并满足成像的目的。

4 结束语

在近20年的社会发展过程当中, 我国民用航空事业的发展取得了突飞猛进的进步。截止2012年底, 民航运输业运输量的增长速度已经高于其他交通运输方式, 占据领先地位。根据已有的发展规划, 到2020年, 全国范围内规划通航的民用航空机场可达到244个, 除此以外, 各类机场改建、扩建数量也有非常显著的增长趋势。在这一背景之下, 机场新建、改建、扩建工程的质量就成为了各方人员所关注的重中之重。为了为机场建设与场道的维护奠定坚实基础, 就需要特别关注对机场场道的质量检测工作。

摘要：探地雷达作为在近十年来发展起来的一种无损检测技术, 被广泛应用于机场场道的质量检测工作当中, 由于其具有无损检测、高分辨率、以及高穿透性等方面的优势, 故而在地下结构的探测以及地下目标识别方面表现出了非常突出的价值。文章从机场场道检测的角度入手, 首先针对探地雷达检测的基本原理进行了简要分析, 然后就探地雷达技术应用于机场场道检测工作中的流程展开了说明, 最后详细分析了机场场道检测中探地雷达技术的应用要点, 以期促进探地雷达技术在机场场道检测领域取得进一步发展与完善。

关键词：探底雷达,机场场道,无损检测

参考文献

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篇9：探地雷达技术应用综述

关键词:探地雷达;隧道工程;检测;应用;分析

中图分类号:U452.1文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)03-0066-02

1探地雷达在隧道工程检测中的工作原理与作用

探地雷达又称地质雷达,是一种新兴的高分辨率物探设备。探地雷达是在20世纪70年代由美国开始组织研发的,80年代后期,伴随电子技术、计算机技术与数据处理技术的高速发展,探地雷达技术才取得了突破性的进展。在国内隧道工程中,探地雷达现已被广泛应用于地质检测等施工环节。

在隧道工程检测中,探地雷达有效应用了现代非侵入性探测技术,即不必将传感器放入隧道检测介质内,就可以安全的在地面与地下进行各种现场数据检测操作。探地雷达由于采用了宽频带、短脉冲和高采样率,其探测分辨率高于其它地球物理探测手段,又由于采用可程序高次叠加和多波形处理等信号恢复技术,大大改善了信噪比和图像显示性能。在隧道工程检测中,探地雷达的工作原理主要是借助探地雷达所产生的高频电磁波,以宽频带短脉冲形式通过天线向地下发射,并在岩层中透射,遇反射目标后返回地面,由接收天线接收。探地雷达具有安全、高效、便于携带等优点,但是它探测的目标距离普遍较短,难以进行较深隧道的检测工作。

探地雷达在隧道工程检测中的应用,其所具有的作用是十分重大的。探地雷达不但可以提高隧道工程检测的安全系数,而且有效保证了隧道工程检测数据的科学性和可靠性,这对于隧道工程的开展和进行都是极其重要的。探地雷达是现代隧道工程检测中所应用的主要科学仪器之一,探地雷达的应用对于推动隧道工程建设和工程建设行业的发展也具有深远意义。隧道工程多是在较深的地下进行施工和操作的,其危险系数自然相对较大,传统的隧道工程检测多是由技术人员深入到隧道深处,这样必然会引起安全隐患和工程事故的发生。探地雷达的运用,技术人员只需掌握和熟悉设备的操作流程,就可以在短时间内获取所需的各项数据,并且可以确保数据的全面性和准确性。随着电子技术和计算机技术的不断发展,探地雷达的探测深度,在复杂条件下的分辨率将会进一步提高,在隧道工程检测中发挥更大的作用。

2探地雷达在隧道工程检测中应用实例

探地雷达在隧道工程检测中应用的范围比较广泛,基本可以保障隧道工程所需各项检测数据的获取。探地雷达在国内隧道工程中的应用已逐渐被重视和发展,探地雷达功能的完善性是其他仪器所无法比拟的。本段将列举探地雷达在隧道工程检测中应用的两个实例,以全面展现探地雷达的功能全面性和应用范围之广。

2.1隧道衬砌结构检测

隧道工程施工中,在加固处理拱顶空洞病害泵送混凝土过程中,往往会因机械设备所造成的压力过大造成衬砌结构的破坏,如不及时进行检测与修复,必然会留下隧道工程施工安全隐患。衬砌结构经常会由于岩体受力断裂而出现小型断裂的现象,由于衬砌结构裂隙内有不同成份、不均匀的填充物,与周边围岩形成电性差异,因此具有采用地球物理探测的基础,而探地雷达则是有效实现衬砌结构检测的主要仪器之一。探地雷达有效应用了现代非侵入性探测技术,通过发射高频的电磁波,以宽频带短脉冲形式获取相应的衬砌结构小型断裂的相关检测数据,并且具有较高的准确性和真实性。如果在隧道衬砌结构的检测中,难以全面掌握小型断裂部分的位置及危害性,必然导致隧道工程在建设或使用过程中出现塌方的现象,其所造成的经济问题和社会危害是难以估量的。隧道工程中对于衬砌结构的检测,关系到隧道工程的施工安全,以及隧道的使用性能等诸多问题,必须引起工程施工单位与监理单位的高度重视。

2.2隧道初衬与围岩间脱空的检测

探地雷达在对隧道初衬与围岩间脱空进行检测时,主要是应用在岩层中透射的原理,遇反射目标后返回地面,由接收天线接收而获取相应的各项数据。如果隧道衬砌无缺陷,隧道初衬结构雷达波形特征,电磁波在地层同一界面中的传播是不断衰减的,然而当进入另一界面时,由于介质介电常数之间存在的差异,因此所产生的反射波也会有所变化,这种反射波的变化不是很强,但是当将其反映在雷达图像中则会观察到明显的不同。探地雷达对隧道初衬与围岩间脱空的检测,对于隧道工程施工工作的安全开展和进行是很重要的。如果隧道初衬围岩间存在脱空的现象,而在工程检测中未能及时的发现,进而制定相应的技术措施和手段,必然会影响到隧道工程施工人员的生命安全,以及整个隧道工程项目的建设进度和工程质量。在隧道工程建设中,在应用探地雷达隧道初衬与围岩间脱空的检测中一定要注意对各项数据的分析和研究,进而制定出完善、合理、科学的施工计划和方案。

3探地雷达应用技术的智能化发展

探地雷达现已被广泛应用于各类隧道工程检测中,其应用技术必须向智能化的方向发展才能符合隧道工程检测不断提出的新标准、严要求。探地雷达应用技术的智能化发展,代表着隧道工程行业技术应用的高水平阶段,是隧道工程行业传统检测技术与现代信息技术完美结合的产物。探地雷达应用技术的智能化是指以隧道工程建设项目为平台,以现代隧道工程技术系统、信息自动化为骨架的隧道工程与信息技术的综合体,是隧道工程技术应用科学发展与全面创新的必经之路。

探地雷达应用技术的智能化发展,及其辅助功能综合化和自动化的逐步实现,为隧道工程技术人员与施工人员提供了一个更为安全、方便、稳定的地下施工环境,并且进一步增强隧道工程建设高效、经济、节能的新时期特点。因此,探地雷达应用技术的智能化发展必然受到世界范围内的重视,并逐渐成为隧道工程领域中的一个新的技术应用类型,而被应用于更为广泛的领域。

目前,国内隧道工程建设行业对于先进科学技术的应用逐渐呈现出全方位、多角度、立体化的发展趋势,并正处于与世界隧道工程行业先进技术的融合和交汇过程中,必将得到进一步的发展与完善,基本满足现阶段我国隧道工程行业对于新技术、新设备的要求。但是,隧道工程检测技术管理人员切不可固步自封,在积极应用探地雷达、地下探测仪等先进仪器的同时,还要坚持发扬与时俱进的创新精神,不断对现有的隧道工程检测技术进行全面的改革与创新,以促进我国隧道工程建设行业的全面、健康、和谐、稳定发展。

Application of Searches Radar’s in Tunneling Examination

Zhang Yefeng

Abstract: The tunnel is the construction below the mountain ridge, the river course, the channel and the urban ground, for the vehicles, the pedestrian, the running water, the pipeline passes, or serves as the excavation mineral resource, the military installation, the civil air defense facility and so on underground walk and the construction. It can pass through the surface the barrier, and has the reduction line, the air raid defense, easy space of planes merits and so on to adjust temperature and not to occupy a land area. Tunneling examination is a specification is high, moreover the relative danger’s work content, searches the radar to take one kind of new instrumentation, widely was already applied in the tunneling examination, it has the operational safety, the gain data accurately, real, to be advantageous carries and so on characteristics. This article searches radar's to carry on the brief analysis in tunneling examination application.

篇10：探地雷达技术应用综述

近年来我省公路建设在蓬勃发展, 日新月异。同时公路工程质量检测成为备受关注的课题。公路常见病害有路基土层不完整、路基土层存在空洞、水稳层破碎或不连续、各结构层厚度不均等。

探地雷达是近年发展起来的一种先进而新型的高频电磁波无损检测技术, 正在广泛应用于道路、隧道、堤坝的质量检测与地质灾害调查, 包括塌方位置、衬砌脱空现象、路基填筑分层、钢筋数量与分布及其保护层厚度、市政地下管线等多项内容。

因多数材料对介电特性更为敏感, 探地雷达检测方法与其他无损检测方法相比, 具有快速、准确、测量结果直观、抗干扰能力强和分辨率高等独特的优势。

大量工程检测实例[1,2,3,4,5,6]证明, 探地雷达对路桥工程质量检测在理论和实践上具有较高的可行性和可靠性, 并已取得良好的经济效益和社会效益。推广探地雷达在公路工程中的应用, 对我省交通事业的长远发展具有重要意义。

1 探地雷达基本工作原理

探地雷达主要由主机、电缆线、天线及数据处理软件包组成, 是一种基于电磁波脉冲波传播原理的广谱电磁技术, 进而对地下或物体内部不可见的目标或界面进行定位。通过发射天线向介质发射宽频带短脉冲电磁 ( 300 MHz ~ 300 GHz) , 电磁波在介质中沿各方向传播中遇到介电常数不同的分界面时会发生反射、透射和绕射现象[7,8], 由接收天线接收并记录其回波信号, 如图1 所示。再经计算机和专业软件处理后形成雷达图像, 其波形的正负峰分别以黑、白或者以灰阶、彩色表示。根据接收到电磁波的波形、振幅强度、双程旅时、相位等信息特征可推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。

其基本参数为:

脉冲的双程旅时t为:

雷达波传播速度V为:

雷达探测以位移电流为主, 传导电流可以忽略, 其反射系数为:

其中, z为发射、接收天线的距离 (, 故z可忽略) ; C为电磁波在空气中的传播速度 ( C≈0. 3 m/ns) ; εr, ε1, ε2为各介质的相对介电常数; μ1, μ2为各介质的磁导率。

由式 ( 1) ~ 式 ( 3) 可知, 因各介质 ( 水、空气、混凝土及钢筋等) 相对介电常数的差异, 当电磁波到达界面处会产生较为强烈的反射回波信号, 从而目标体的内部结构进行准确描述。

2 探地雷达天线频率选择

意大利IDS公司生产的RIS探地雷达配备有80 MHz, 600 MHz, 1 600 MHz单天线及HIRES天线阵和GRED / IN / ROAD软件。频率高的天线发射雷达波主频高, 穿透距离小; 反之, 低频天线发射雷达波主频低, 分辨率低, 穿透距离大[9]。路基、路面或其他结构相当于一个复杂的滤波器, 因对电磁波的吸收程度不同及其不均匀性对电磁波的影响, 使得到达接收天线的脉冲波振幅减小, 加之各种随机噪声和干扰, 导致实测数据失真[10]。而通常情况下简易、高等级、机场跑道的路面厚度分别为10 cm ~ 20 cm, 20 cm ~30 cm, 40 cm。故在检测中需根据检测目标体深度及其最小尺寸与场地需要等选择合理的天线中心频率, 以取得最佳效果。

3 探地雷达应用研究

3. 1 各结构层厚度检测

采用600 MHz天线对某新建公路各结构层厚度进行检测。由于面层、水稳层 ( 二灰结石) 及填土等材料的介电常数与电阻率差异明显, 且附近及周围无工业游散电流等干扰场源, 再者公路表面平整, 能够使得发射、接收系统与路面接触部分耦合良好, 具备探地雷达检测的地球物理前提。试验结果表明, 各层位间的界面探地雷达灰度图像上反映清晰, 如图2 所示的白色界线, 可见该公路各结构层厚度基本均匀。经分析得出面层与水稳层的平均厚度为25. 5 cm和40. 4 cm, 基本符合设计要求; 又经与抽芯取样标本实际量测厚度对比, 误差小于1 cm, 符合有关规范要求。同时检测出填方段下有少量管道铺设, 如图2 中的圆圈表示。

3. 2 水稳层破碎与路基填土检测

采用600 MHz ~ 1 600 MHz天线阵对路基水稳层及填土进行检测, 可见该公路个别路段存在水稳层破碎 ( 约40 cm处) 或路基填土不完整的现象 ( 约90 cm处) , 具体的检测统计结果见表1。水稳层完好或路基土层连接性完整的雷达图像为同向轴连续性和一致性较好, 扰动较少; 反之, 则其同向轴错乱或错断, 波形混乱。同时波组杂乱与水稳层破碎或填土不完整程度直接相关, 其中K106+820 ~ K106+700 段较前三段更为严重。而K106+920 ~K106+860 段波组同向轴错乱之外向下倾斜, 说明水稳层有下降的趋势。

3. 3 水隧道初砌钢拱架与钢筋检测

采用600 MHz及1 500 MHz天线对该公路隧道初砌进行检测, 判断其钢拱架及钢筋位置及其间距。从图3, 图4 明显可见, 该隧道素混凝土钢拱架位于埋深约80 cm处, 因钢构件较多而弧线重叠较多。钢筋埋深则不等, 范围在20 cm ~ 60 cm处。钢拱架及钢筋的雷达灰度图为开口向下的抛物线, 其定点即为位置, 如图中圆圈所示。

4 结语

1) 根据目标体深度选择合适的天线频率, 雷达技术可以直观地确定公路缺陷及病害的位置特点和分布情况, 测试效率和精度较高。

2) 水稳层破碎或路基填土连接不完整在雷达采集图像上均表现为同向轴不连续, 错断紊乱; 而钢拱架或钢筋则为开口向下的双曲线弧, 曲线顶点即为其位置。

3) 探地雷达对检测公路隧道的内部状态是可行有效的方法, 具有快速无损、连续检测、检测结果直观的优点, 在公路工程检测中具有广阔的应用前景。

摘要：阐述了探地雷达技术的工作原理, 介绍了探地雷达天线频率的选择方式, 并结合公路工程质量检测实例, 探讨了雷达技术在路桥质量检测中的应用, 指出该技术具有快速、准确、测量结果直观的优点, 应用前景广阔。

关键词：探地雷达,结构层厚度,水稳层,钢拱架,钢筋,雷达检测

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篇11：探地雷达技术应用综述

关键词：探地雷达；路基；溶洞

中图分类号：U412 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

中图分类号：文献标识码：

The Application Study Of Detection With Ground Penetrating Radar About Highway Subgrade Karst Cave

ZHOU Ping1 HU Li-qing2

（1 Jiangxi Traffic Consulting Company， Nanchang， Jiangxi 330300，China）

（2 Jiangxi Nanchang Transport Management，Nanchang， Jiangxi 330300，China ）

Abstract：Working principle of ground penetrating radar and detection methods was introuduced. Based on engineering example， the characteristics of radar images about highway subgrade karst was studied， it is helpful to improve the translation level of ground penetrating radar signal ， it is also helpful to improve the experience in subgrade karst exploration work.

Key words：Ground penetrating radar； karst cave

1引言

我国近年来掀起的交通设施建设高潮使得交通状况日新月异，特别是公路通车里程屡被刷新。在大量的公路工程建设过程中，受限于工期、技术等因素，由公路路基岩溶引起基层和面层病害的情况时有发生。在这一背景下，如何对新建和运营的公路路基岩溶进行探测和解译便成了掌握和处治岩溶的关键技术。

2 探测原理与方法

2.1探测原理

我国的探地雷达无损检测技术起步于上世纪九十年代，探地雷达是一种用于确定地下介质分布情况的高频电磁技术，基于地下介质的电性差异，探地雷达通过一个天线发射高频电磁波，另一个天线接收地下介质反射的电磁波，并对接收到的信号进行处理、分析、解译。其详细工作过程是：由置于地面的天线向地下发射一高频电磁脉冲，当其在地下传播过程中遇到不同电性（主要是相对介电常数）目标时，电磁波发生反射返回地面，被接收天线接收，并由主机记录，雷达工作原理及其基本组成见图1。反射波从被发射天线发射到被接收天线接收的时间称为双程走时t，当求得地下介质的波速时，可根据测到的精确t值折半乘以波速求得目标体的位置或埋深，同时结合各反射波组的波幅与频率特征可以得到探地雷达的波形图像，从而了解场地内目标体的分布情况。

我国众多科技工作者分别从理论基础和工程应用的角度对探底雷达技术先后进行了大量的研究[1-5]，并取得了辉煌的成果。

图1 雷达工作原理及其基本组成示意图

2.2探测方法

根据现场探测深度和精度要求选择100M地面耦合型天线，探测方向沿路线方向布设，测线布置示意图如图2所示（黑点为测线剖面位置），采用连续测量模式或测距轮模式，时窗范围250ns，探测深度为10米左右。

图2 探地雷达测线布置示意图

3岩溶及其图像特征分析

当路基中存在岩溶时，其与岩土体电性差异较大，电磁波在二者界面处易形成强烈的反射波，根据雷达检测剖面图像轮廓和波形特征即可识别岩溶的空间特征。

3.1正常地段

正常的地段岩土体风化程度、含水率、软硬状态等较为均一，介电常数变化不大，介质较为均匀，其雷达图像反射波较弱，同相轴连续。

图3 正常段雷达波形图

3.2溶洞

溶洞内介质为空气或粘土夹杂碎石填充物，与灰岩的电性差异较大，因此，电磁波在其周边会产生很强的反射。图4中左侧异常区域为岩溶空洞，已经钻探验证，右侧异常区域为平行的两条圆管涵。溶洞和管涵的边界均会产生强反射，管涵的强反射界面在水平方向上沿管涵轴线基本对称，而溶洞的强反射界面则显得很杂乱。由于电磁波传播介质的变化，无法准确判断电磁波速，所以图中异常区竖向标高与实际几何特征存在差异。

图4 溶洞雷达波形图

3.3上跨桥梁

当测线下穿桥梁等结构物时，电磁波会经空气向上传播并在桥梁底面产生强反射，在水平方向上呈现明显的抛物线，其视速度为0.3m/ns左右。

图5 上跨桥梁雷达波形图

3.4上跨电缆

当测线下穿电缆时，同样会产生抛物线形强反射，其视速度也为0.3m/ns左右。

图6 上跨电缆雷达波形图

3.5隔离栅

在高速公路的路堑两侧边坡上常设置隔离栅，隔离栅随边坡高度起伏，当测线沿着路线方向前进时，天线距隔离栅的距离亦随之变化，从图7中可以看出，较强的隔离栅反射界面是连续的，反射界面双程走时从左至右呈现增大趋势，这说明天线与隔离栅的距离是增大的，路侧边坡是由低向高变化的。

图7 隔离栅雷达波形图

4结论

本研究通过探地雷达探测原理进行分析，针对探测对象优化了探测方法和探测参数，结合工程实测图像对正常段信号和常见的异常段信号进行了分析。得到了如下认识：