浅谈探地雷达技术在道路检测中的应用

第３６卷第７期　・２４４・　２　０　１　０年３月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣｒＵＲＩ　Ｖｏｌ＿３６　Ｎｏ．７　Ｍａｒ．　２０１０　

文章编号：１００９—６８２５（２０１０）０７—０２４４—０３　

探地雷达在道路工程中的应用研究　

刘　勇　

摘要：介绍了探地雷达的研究现状、设备组成及工作原理，并通过常见工程实例分析，进一步证明了该项技术在我国公　

路建设中推广应用的必要性，着重指出该技术在工程建设中推广普及具有广阔的发展前景。　

关键词：无损检测，探地雷达，病害识别　

中图分类号：Ｕ４１６　文献标识码：Ａ　

自从１９８８年我国第一条高速公路沪嘉高速建成通车以来，　我国的公路事业进入了以建设高等级公路为主的新时代，但目　

前，我国公路工程检测技术还停留在世界发达国家２０世纪８０年　

代初期或中期水平，检测设备和检测方法原始、落后，不能很好的　

对工程质量进行全面、快速、准确的评价。许多费用高、效率低、　

劳动强度大，甚至对工程有破坏性的检测仪器和检测方法仍在继　

续使用，传统的公路路基路面检测设备相对落后，现行的传统路　

面性能评价方法已不能满足日益繁忙的交通需要，为此亟需发展　快速、简便、有效的公路无损检测评价技术，探地雷达无损检测技　

术即是在此背景下逐渐发展起来的新型检测技术。　

１国内外研究概况　

在国际方面：１９１０年，德国专家用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概念。Ｈｕｌｓｅｎｂｅｃｋ在１９２６年　

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。２０世纪７０年代后，探　

地雷达的应用从冰层、盐矿等弱耗介质扩展到土层、煤层、岩层等　

有耗介质。８０年代末期，美国率先开始将雷达技术移植于路基路　

面物理力学指标的无破损检测，并于１９９４年制造出第一台公路　

表４轮碾试验结果　

应力吸收层出现　裂缝上升到沥青　试验项目　细微裂缝的　混凝土顶部的　裂缝贯通全试验　断面的加载次数　加载次数　加载次数　

微论坛　民营科技２０１３年第１１期　探地雷达在路基路面异常体病害探测中的应用　王雪健　（黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江哈尔滨１５００８０）　摘　要：为保证运行使用中的道路质量，要对道路的运行状况进行检测，发现道路中的病害，及时的进行处理。随着科学技术的发　展，在对路基路面的检测中，应用了探地雷达。通过探地雷达，可以从采集到的数据以及图像等，判断出检测路段的病害情况，发现路基　路面中的异常体，进而采取有效的措施，保证道路的运行质量，保证行车的安全。　关键词：路基路面；桥梁；病害；探地探测雷达；异常体　良好的道路质量是交通运输业快速发展的基础，随着我国经　济的发展，道路工程的建设范围逐渐增加，在覆盖面积以及里程　上都有所提升，而对于道路的质量要求也在不断提高。在道路投　入运营的过程中，如果因为质量不合格而发生安全事故，将会造　成巨大的人员伤亡，同时危害到我国的社会稳定。为了防止道路　病害的发生，应该对道路的运行状况进行详细的检测，及早的发　现安全隐患，及时的处理，减少事故的发生几率。在科学技术快速　发展的背景下，探地雷达对于路基路面出现的异常体病害可以精　准的探测到，控制安全事故的发生。以下对于探地雷达技术在路　基路面病害检测中的应用进行了详细的阐述，为我国道路工程的　质量提供了良好的基础。　１数据采集　根据研究内容及探测目标的不同，在进行数据采集时，探地　雷达的观测方法（即发射天线与接收天线相对位置和移动关系）也　不相同，通常采用４种观测方式：１）剖面法。类似自激自收单次覆　盖的地震反射法；２）穿透法。类似无线电波透视法；３）广角法。类　似折射地震法；４）共中心点法。类似多次覆盖地震反射法。　由于大多数频率在几百兆赫兹至１　ＧＨｚ以上的探地雷达天　线多采用收、发天线一体化封装设计，收、发偏移距固定不变，也　无法更改，实际工作中以类似自激自收的剖面法最为常用。在进　行剖面法检测时，为提高记录的信噪比，一般采用多次垂直叠加　方式。探地雷达的多次垂直叠加效果要比地震勘探中的可控震源　多次垂直叠加效果好得多，因探地雷达多次垂直叠加更能保证多　次激发信号的一致性。　２　信号处理　在使用探底雷达进行数据处理时，与地震勘探的原理基本是　一致的，并且在模块上可以直接使用，在资料的处理部分主要包　括如下方面。　１）动校正：将非零偏资料校正为真正自激自收意义上的零偏　移距资料。２）滤波处理：在雷达进行探测的过程中，需要消除掉各　种有影响的滤波，根据影响的因素不同，滤波的方法也各不相同。　对于低频振荡、高频噪声、背景噪声等等都可以通过滤波进行消　除，为雷达探测数据的准确性提供了良好的环境。３）时频变换：将　记录从时间域变换到频率域，分析资料频率成分或进行频域切除　滤波等。４）自动时变增益或控制增益：可以补偿介质吸收和抑制　杂波。５）偏移处理：又称偏移归位，与地震偏移处理的意义相同。　在进行探测的过程中，由天线发射出波束，会产生二维图的畸变，　导致斜界面的偏移出现失真。偏移处理就是将双曲线两翼的能量　进行归位，从而提高剖面的分辨率，提高测量的准确性。６）速度分　析和时深转换：通过对宽角资料或层析反演资料进行分析以获得　雷达波在地下介质中传播的真实速度，并利用该速度将时间剖面　转换成深度剖面。目前，数据处理仍相对集中在时间波形处理上。　今后应主要研究和设计与脉冲波形有关的反滤波或匹配滤波器，　构建聚焦算法，发展二维和三维空间滤波和偏移处理技术，同时　加强对回波的频谱特性和介质极化特性的研究。　３图像识别　原始的ＧＰＲ剖面是一个时间剖面，通过宽角法、层析反演方　法等可求得地下介质的波速，这样就可以将时间剖面转换成二维　空间剖面。目前，利用二维图像剖面识别目标体的方法有２类：一　类是人工智能法。人工智能图像识别法在ＧＰＲ中的应用刚刚起　步，常用的是能量探测方法和频谱识别方法。能量探测是通过统　计区域测点时间波形的累计能量并与确定的阈值比较，当能量超　过阈值时，就视为异常，然后再在异常范围内确定出几个对比时　窗，统计各时窗的能量，找出具有异常能量的时窗段。根据异常能　量分布空间范围，获得目标体的分布。这种方法快速、简便，可以　给出目标体可能的分布范围，但不能精确地给出目标体的形状和　边界；频谱识别是通过计算获取某一形体的精确特征频谱，把这　些频谱特征与实测资料的频谱进行比较，以识别目标体的形体。　这种方法目前还只能用于一些最简单目标体的识别。另一类是目　视判读法。目视判读是利用人眼判读二维图像，从而得出地下目　标体的形状、大小及其空间位置。目视判读解释是目前最常用的　图像识别方法。这种方法的基础在于熟悉各种地下掩埋体的图像　模型，即ＧＰＲ图像的正演模型。　：　４检测路面结构层、破损状况和路基隐患　一：　路基路面的质量完好是保证道路安全运输的基础条件，所以　要对路基路面中出现的质量问题高度重视。在路基和路面中，有　些病害是发生在内部结构中的，在外观上难以察觉，所以容易发　生交通事故。运用探地雷达可以对路面结构层进行检测，对于分　层的厚度，以及破损状况进行详细的检测，同时还可以检测到路　基底下的状况，如果存在洞穴以及隐含的裂缝等，都可以准确的　检测出来。探地雷达这种连续的检测方式，具有高密度和良好的　精准性，采集到的资料完全真实可靠，具有很高的效率，能耗低等　特点，所以对于路基路面内的安全隐患可以精准的测量出来，及　早发现病害，及时处理，保证道路的通行安全。　５地质雷达检测桥梁空心板顶板厚度　在桥梁的应用中，空心板承载了车辆的荷载，需要在厚度以　及质量方面具有很高的要求。在以往的桥梁安全事故调查中，由　于空心板的厚度较薄，没有达到设计要求，致使受力状态有所改　变，在强度上降低很多，所以在经受行驶车辆压力的情况下，发生　断裂，引起严重的交通事故。通过对引发事故的原因进行调查，发　现在空心板制作的过程中，由于空心气囊没有固定牢靠而发生了　上浮，所以空心板的顶板变薄，改变了整体的受力状态，所以在经　受荷载的情况下发生断裂。通过探地雷达，可以对空心板的顶板　厚度进行检测，使其达到规范的设计标准。在现有的雷达探测技　术中，已经比较成熟，相对误差基本可以控制在３％以内。　参考文献　［１］邹海林，宁书年，林捷．小波理论在探地雷达信号处理中的应用　地球物理学进展，２００４（６）：１８２．　［２】卢成明，秦臻，朱海龙，等．探地雷达检测公路结构层隐含裂缝　实用方法研究［Ｊ】．地球物理学报，２００７（９）：３６．　［３】张长雷．探地雷达技术在复杂地质条件下的应用研究ｆＤ１．合肥：　安徽建．ｅＬ－ｒ－＆学院　２０１２．　［４］杨天春，吕绍林，王齐仁．探地雷达检测道路厚度结构的应用现　状及进展ｆＪ１．物探与化探，２００３（２）：７６．

第１５卷第３期　２０１３年５月　交通科技与经济　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　８Ｌ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　ｉｎ　Ａｒｅａｓ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｖｏｌ＿１５。Ｎｏ．３　Ｍａｙ，２０１３　

探地雷达在城市快速路路基路面检测中的应用　

杨　帆　，李志农　，杨三强。　

（１．新疆农业大学，新疆鸟鲁木齐８３００５２；２．新疆维吾尔自治区交通运输厅，新疆乌鲁木齐８３００００；３．新疆交通科学研究　院，新疆鸟鲁木齐８３００００）　

摘要：通过公路探地雷达无损检测技术，采用雷达图像处理技术的工作方法和技术特点，结合工程实例论述探地　雷达技术在城市快速路路基、路面检测中的可行性和优越性。研究最终得到关于路面工程厚度检测以及路基缺陷　检测等方面的评定。　关键词：探地雷达；城市快速路；复合式路面；检测　中图分类号：Ｕ４１８．６　文献标志码：Ａ　文章编号：１００８—５６９６（２０１３）０３—００３２—０４　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ　ｒａｄａｒ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｔｏ　

ｔｈｅ　ｓｕｂｇｒａｄｅ　ａｎｄ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｕｒｂａｎ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　

ＹＡＮＧ　Ｆａｎ　，ＬＩ　Ｚｈｉ—ｎｏｎｇ　，ＹＡＮＧ　Ｓａｎ－ｑｉａｎｇ。　

（１．Ｘｉ￣ｉａｎｇ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕｍｑｉ　８３００５２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ＸｉＮｉａｎｇ　Ｕｙｇｕｒ　Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ　Ｒｅｇｉｏｎ，　Ｕｒｕｍｑｉ　８３００００，Ｃｈｉｎａ；３．Ｘｉ￣ｉａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｕｒｕｍｑｉ　８３００００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｗａｙ　ｇｒｏｕｎｄ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ　ｒａｄａｒ　ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　

科技信息　。公路与管理０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１２年第３期　

地质雷达技术在公路工程中的综合应用及存在问题分析　

郝攀　

（江西交通职业技术学院江西南昌３３００１　３）　

【摘要】路用探地雷达具有无损、快速、连续、高精度、高分辨、实时成像探测等特点，它在精确检测面层厚度的基础上，可以成功地探测道　

路结构层病害．在路基工程量检测及隧道施工检测中也有广泛应用。为道路交通部门提供了一种高效先进的无损检测手段。同时，地质雷达技　

术也存在自身的误差及问题，有待进一步的研究与改进。　

【关键词】雷达；公路工程；路面；路基；隧道　

１　地质雷达技术在路面厚度检测中的应用　

１．１地质雷达作用原理　

地质雷达是基于地下介质的电阻率、介电常数等电性参数的差　

异．利用高频电磁脉冲波的反射探测目的体及地质现象的一种物探手　段。高频电磁波在介质中传播时．其路径、电磁场强度和波形将随所通　

过介质的电性特征及几何形态而变化．故通过对时域波形的采集、处　理和分析，可确定地下界面或目标体的空间位置及结构。地质雷达的　

探测原理与浅层地震相似．在探测过程中．它通过发射天线将高频电　

磁波以宽频带脉冲形式定向送入地下．电磁波波在地下介质中传播的　过程中．当遇到存在电性差异的地下地层或目标体时．便发生反射并　

返回地面．被接收天线所接收　１．２厚度检测机理　

检测过程中．地质雷达通过对数据信息的分析而得到路面各个结　

构层的厚度，计算分析的步骤如下：　

（１）电磁波波在地下介质中传播的过程中．当遇到不同的路面结　构层时。部分能量发生折射．其余能量发生反射并返回地面．由于电磁　

波在各不同介质中的传播速度不同．根据发射器和接收器所接收的不　

同层面的反射波信息．可获得雷达脉冲在地下传播过程中的双程旅行　

时间△Ｔ　

（２）由于电磁波在单一介质中的传播速度是固定的．电磁波在地　下单一介质中的传播速度为：　

Ｖ＝—兰一　（１）　Ｖ　式中ｃ一为电磁波在大气中的传播速度：