雷达探测实例资料
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探地雷达探测地裂缝的几个实例李远强【摘要】由于地裂缝的形成原因多样,宽度小,展布特征特殊,采用探地雷达进行地裂缝探测,一般很难达到良好的探测效果.通过探地雷达在地下采空、活动断裂、地下水超采等3种不同原因产生的地裂缝上进行探测并取得较好波形图像的实例,介绍了从天线配置、测线布置到资料处理、图像解释等工作流程,总结了不同成因类型地裂缝的探地雷达波形特征.通过实地探孔、探槽验证,说明探地雷达法探测结果准确,探测结果准确反映了地裂缝深部的发育状况和发现新的地裂缝,对分析地裂缝的成因和机理提供了科学依据.%As ground fissures are characterized by varied geneses, small width and special distribution, the utilization of Ground Penetrating Radar ( GPR) for ground fissure exploration can hardly attain ideal exploration result. Exemplified by relatively good waveform images obtained in GPR exploration of ground fissures of three different geneses ( underground mining-out, active faults and groundwa-ter over-exploitation) , this paper describes the working procedure from antenna arrangement, survey line deployment to data processing and image interpretation, and sums up GPR waveform characteristics of ground fissures of different genetic types. Drilling and trench verification shows that the exploration results of GPR are accurate. The GPR exploration can accurately reflect the development situation of ground fissures in depth and detect new ground fissures, thus providing scientific basis for analyzing the genesis and mechanism of the ground fissure.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2012(036)004【总页数】4页(P651-654)【关键词】地裂缝;探地雷达;波形特征;活动断裂【作者】李远强【作者单位】北京市地质研究所,北京 100120【正文语种】中文【中图分类】P631地面裂缝简称地裂缝,是地表岩层、土体在自然因素或人为因素作用下,产生地层开裂,并在地面形成一定长度和宽度的裂缝的一种宏观地表破坏现象。
荥阳娘娘寨遗址 探地雷达检测报告北京博泰克机械有限公司目 录1概述 (3)1.1工程概况 (3)1.2 工作内容 (3)2现场探测 (4)2.1仪器设备 (4)2.2主要采集参数 (5)2.3探测方法原理 (6)3探测结果与分析 (8)3.1资料分析与解释 (8)3.2检测结果 (9)1概述1.1工程概况本次探测主要是对荥阳娘娘寨遗址进行考古探测。
娘娘寨遗址是郑州市文物考古研究院于2004年8月份配合国家重点工程南水北调文物点调查复核时新发现的西周至战国时期的古城址。
郑州市文物考古研究院当时对其进行了试掘,发现该遗址文化层堆积较厚,为1-5米,保存有两周时期夯土城墙。
本次使用探地雷达进行探测主要是为了对以开始挖掘的一个墓穴和基本探明的墓穴进行探测,主要是为了能够确定墓穴的范围和其中的部分藏品。
1.2 工作内容根据任务要求,于2009年7月1日下午对开始在娘娘寨遗址进行探测,分别对以开挖的一个墓穴和一基本探明的墓穴进行探测。
探测地点:河南省荥阳市娘娘寨遗址探测时间:2009年7月1日探测方:北京博泰克机械有限公司天气情况:晴天2现场探测2.1仪器设备本次检测主要采用了两套设备。
一套做浅层高分辨率探测设备为意大利IDS 公司最新推出的多频天线阵—MF天线阵。
对深层进行探测的设备为意大利IDS 公司生产的RIS K2探地雷达系统,采用的天线为40MHz天线,最大探测深度为20米。
2.1.1 MF天线阵功能介绍•高速主机:目前雷达领域处理速度和采集速度最快的主机,超高的扫描速率满足高速探测。
主机能提供极高的叠加数,对各雷达图的各个深度都能清晰显示、从而使探测深度达到最大•可扩展式配置:系统中的天线数量可以任意添加,用户可根据实际情况设定•多频天线:每个天线模块包含200MHz和600MHz两个频率的天线,实现探测深度和精度达到最完美的组合•无线连接:主机和电脑之间为无线连接,电脑单元可以远离主机进行操作。
迪庆州纳帕海国际重要湿地综合治理项目溶洞群区域物探(地质雷达)勘察说明一、概况纳帕海湿地自然保护区位于云南省迪庆藏族自治州中甸盆地西北,地理位置为东经99.37~99.43、北纬27.49~27.55间,行政区划上属迪庆藏族自治州中旬县管辖,距离中甸县城约9公里左右。
区域地质上位于青藏高原东南边缘、横断山脉南段北端。
主要为盆地地貌,周边为高山深沟地貌。
纳帕海自然保护区为全县最大的草原,面积约3125平方公里、平均海拔3200米以上、湖泊积水面积660平方公里。
那曲河、奶子河等十余条河流经草原注入纳帕海。
纳帕海西北面有天然落水洞,纳帕海海水经过溶洞,流入金沙江。
纳帕海省级自然保护区,是横断山脉石灰岩上发育形成的喀斯特型低纬度高海拔季节性高原沼泽湿地,是我国湿地的独特类型,2005年被批准列入“国际重要湿地名录”。
纳帕海湿地处在青藏高原东南边缘寒温带,属西南季风控制的区域范围内,干湿季分明。
年平均气温5.4℃,最热月均温度为13.2℃,最冷月均温3.8℃,全年无夏,冬季长达8个月之久。
年降水量619.9mm,雨量集中在6~9月,占年降雨量的76%;年蒸发量1690.1mm,相对湿度为70%,无霜期为131d。
全年降雪日数24.8d,积雪期长达4个月之久,具有高寒、年均温低、霜期长、降水少、冬春季干旱、气温年较差和日较差大、冬季漫长而寒冷的特点。
盆地内水量补给主要为降雨、地表径流、冰雪融水和湖两侧沿断裂带上涌的泉水。
图一:纳帕海自然保护区位置图根据相关合同文件,本次纳帕海自然保护区北端岩溶物探(地质雷达)勘察工作的主要任务是:运用地质雷达低频电磁波勘察技术,针对纳帕海海水的出口----地下溶洞及其所在区域开展地质勘察工作。
本次物探工作的目的,是配合钻探等手段:①查明地下溶洞的位置、埋深,评估溶洞的充填情况等,为纳帕海湿地自然保护区工程地质条件评价及相关设计提供必要的地质依据。
②查明地下溶洞所在区域地下岩土分层厚度变化、基岩埋深、岩石强弱风化界面埋深、有无滑动面等,为纳帕海湿地自然保护区工程地质条件评价及相关设计提供必要的地质依据。
第1章雷达概论Merrill I. Skolnik1.1 雷达描述雷达的基本概念相对简单,但在许多场合下它的实现并不容易。
它以辐射电磁能量并检测反射体(目标)反射的回波的方式工作。
回波信号的特性提供有关目标的信息。
通过测量辐射能量传播到目标并返回的时间可得到目标的距离。
目标的方位通过方向性天线(具有窄波束的天线)测量回波信号的到达角来确定。
如果是动目标,雷达能推导出目标的轨迹或航迹,并能预测它未来的位置。
动目标的多普勒效应使接收的回波信号产生频移,因而即使固定回波信号幅度比动目标回波信号幅度大多个数量级时,雷达也可根据频移将希望检测的动目标(如飞机)和不希望的固定目标(如地杂波和海杂波)区分开。
当雷达具有足够高的分辨力时,它能识别目标尺寸和形状的某些特性。
雷达可在距离上、角度上或这两方面都获得分辨力。
距离分辨力要求雷达具有大的带宽,角度分辨力要求大的电尺寸雷达天线。
在横向尺度上,雷达获得的分辨力通常不如其在距离上获得的分辨力高。
但是当目标的各个部分与雷达间存在相对运动时,可运用多普勒频率固有的分辨力来分辨目标的横向尺寸。
虽然人们通常认为SAR是通过在存储器中存储接收到的信号,从而产生大的“合成”天线,但是用于成像(如地形成像)的合成孔径雷达在横向尺度上获得的分辨力仍可解释为,是由于利用了多普勒频率分辨力的结果。
这两种观点(多普勒分辨力和合成天线)是等效的。
展望用于目标成像的ISAR所能得到的横向分辨力的途径,理所当然应该是多普勒频率分辨力。
雷达是一种有源装置,它有自己的发射机而不像大多数光学和红外传感器那样依赖于外界的辐射。
在任何气象条件下,雷达都能探测或远或近的小目标,并精确测量它们的距离,这是雷达和其他传感器相比具有的主要优势。
雷达原理已在几兆赫兹(高频或电磁频谱的高频端)到远在光谱区外(激光雷达)的频率范围内得到应用。
这范围内的频率比高达109:1。
在如此宽的频率范围内,为实现雷达功能而应用的具体技术差别巨大,但是基本原理是相同的。
管线探测一、金属管线探测实例使用400MHz 天线在杭州凯旋路的马路边缘处探测金属自来水管,探测方向垂直于马路。
图1-1为实测得到的雷达图,图中红色方框表示自来水管的位置,管线顶部的埋深为1.1米。
经过实际开挖验证,该结果和实际情况吻合。
图1-1 金属自来水管探测雷达图二、PVC管线探测实例使用200MHz天线在深圳福滨小区测量PVC自来水管道。
图2-1为实测得到的雷达图,图中红色框表示PVC自来水管的位置,管线顶部的埋深约为0.75米。
图2-1 PVC自来水管探测雷达图使用MF天线阵雷达系统在北京百万庄大街探测一处PVC材料煤气管线,图2-2为实测得到的雷达图,其中,左部的红色圆圈标记出的是一污水管,中部的红色圆圈标记出的是一自来水管,右部的红色圆圈为PVC材料的煤气管,抛物线波形的两叶较短,但由于PVC管内是气体,因此反射较强烈,抛物线波形的黑白相间比较明显。
图2-2 PVC煤气管探测雷达图三、水泥管线探测实例使用80MHz天线在首钢检测水泥管。
图3-1为实测得到的雷达图,图中红色方框表示水泥管的位置,水泥管管顶深度为3.4米,外径600mm,位置如雷达图所示。
图3-1 水泥管探测雷达图四、电缆探测实例使用200MHz天线在深圳福滨小区探测电缆。
图4-1为实测得到的雷达图,图中电缆及金属管的反映均很明显。
图4-1 电缆探测雷达图五、铸铁管线探测实例使用200MHz 天线在北京污水处理厂门外的人行道上进行探测,目的是找出一根铸铁自来水管。
图5-1为实测得到的雷达图,图中红色方框表示铸铁管的位置,铸铁管的反映非常明显,深度在1.5米。
图5-1 铸铁管探测雷达图六、深部管线探测实例使用40MHz半屏蔽天线在北京花园桥东侧马路边探测热力涵洞。
图6-1为实测得到的雷达图,红色方框表示热力涵洞的位置,从图中可以清晰的看到热力涵洞在120纳秒处的反映。
图6-1 热力涵洞探测雷达图七、地下复杂管线探测实例探测情况:以下是使用MF天线阵雷达系统在北京市委党校院内进行管线探测的例子,该区域内管线纵横交错,且管线之间相距很近,探测难度很大。
京哈铁路辽中-皇姑屯段铁路路基探测系统探测报告京哈铁路辽中~皇姑屯段铁路路基探测报告1、工程概况京哈线(秦沈段)原为秦沈客运专线,是我国修建的第一条快速客运专线,旅客列车运行设计最高时速200km/h,平面预留最高速度250km/h。
该线于1999年8月16日开工,2002年12月21日通过铁道部初验,12月31日试运行,2003年10月12日正式开通运营,列车运营速度最高按160km/h。
2007年4月18日全路第六次提速调图,确定山海关至台安动车组运营最高速度250km/h,台安至皇姑屯动车组运营最高速度200km/h,全线200km/h以上延长742km,其中250km/h延长561km。
秦沈铁路位于我国寒带区域,地处辽沈平原,渤海之滨,年平均降水量较大,地下水资源丰富。
由于秦沈线设计标准较高,所以病害不多。
但每年都受到冻害的侵扰,从2003年2月上旬,即秦沈线投入运营前,发现轨道几何不良变化135处。
并于当年4月份进行整治,取得良好的效果;2003-2004冬季,发现轨道几何变化264处;2004-2005冬季,发现轨道几何变化370处;2005-2006冬季,发现轨道几何变化651处;2006-2007冬季,发现轨道几何变化464处;最大冻高为21mm。
冻害影响列车的平稳运行和安全,尤其是近年来开通高速列车以来,对线路要求有大幅度的提高,每年冬季的养护维修量巨大。
为了查明冻害的位置和冻害程度以及分析冻害形成的原因,中国铁道科学研究院于2008年2月29日对京哈线辽中-皇姑屯段下行线路进行车载雷达探测。
2、探测依据及评价技术方法2.1探测依据《新建时速200公里客运专线铁路设计暂行规定》(铁建设函[2005]285号)《客运专线铁路工程竣工验收动态技术指南》(铁建设函[2008]7号)《铁路工程物理勘探规程》(TB10013-2004)《铁路工程地质勘察规范》(TB10012-2001)工程设计文件和工务设备文件2、探测依据及评价技术方法2.2评价方法本次对路基的评价内容包括:道床污染程度、道床含水量、基床的平整度和基床水量;为有效的对京哈铁路辽中~皇姑屯段的路基评价,对各评价指标划分为不同类别:2.2.1道床污染程度根据道床污染情况把道床污染程度分为三大类四小类:(1)干净道砟a干净:道床内没有任何杂质,道床工作性能良好。
俄罗斯OKO-2地质雷达在管线检测中的应用(武汉检测实例)OKO-2地质雷达检测报告委托单位:武汉水务集团有限公司检测日期:2011年10月11日检测目的:查找目标管线一、OKO-2地质雷达介绍OKO-2地质雷达是俄罗斯GEOTECH公司生产的专业的物探设备。
GEOTECH公司致力于地质勘测系统的研发与制造,前期为军工企业,以高品质、高性能闻名于世。
GEOTECH公司是世界上最专业的探地雷达生产厂家,致力于在地球物理勘探设备的专项研发,目前占俄罗斯市场的80%。
北京保青伟业科技有限公司是俄罗斯OKO-2地质雷达在中国的总代理、专业的物探设备供应商;致力于为客户提供先进的工程检测仪器,并为客户提供免费的专业培训和完善的售前与售后服务。
地质雷达作为近十余年来发展起来的地球物理高新技术方法,以其分辨率高、定位准确、快速经济、灵活方便、剖面直观、实时图象显示等优点,备受广大工程技术人员的青睐。
地质雷达检测方法是一种无损检测,OKO-2地质雷达性能优良、功能先进,在市政建设、考古、建筑、铁路、公路、水利、电力、采矿、航空等领域都有广泛应用。
二、地质雷达基本原理探地雷达作为工程物探检测的一项新技术,具有连续、无损、高效和高精度等优点。
探地雷达由一体化主机、天线单元及配套软件等几部分组成,根据电磁波在有耗介质中的传播特性,发射天线向被测介质发射高频率宽频短脉冲电磁波,当其遇到异质体(界面)时会反射一部分电磁波,其反射系数主要取决与被测介质的介电常数,雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理,达到识别目标物体的目的(见图1,2 )。
图1. 电磁波勘探原理示意图图2. 探地雷达工作原理示意图探地雷达勘探流程示意图如下:电磁波在特定介质中的传播速度V是不变的,因此根据探地雷达记录上的地面反射波与反射波的时间差ΔT,即可据下式算出异常的埋藏深度 H:式中,H即为目标层厚度;V是电磁波在地下介质中的传播速度,其大小由下式表示:式中,C是电磁波在大气中的传播速度,约为30cm/ns;ε为相对介电常数,取决于地下各层构成物质的介电常数。
187地质雷达在地层(岩土层)分界面探测中的应用付荣翔,叶 雷,黄 辉(中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心,云南 昆明 650100)摘 要:地质雷达探测可以通过各种岩土层表面的电性变化,表现整个空间岩土性质不同的特性。
根据勘探工作的要求,通过地质雷达测量参数设置、数据处理以及岩土地层信息分析阐述了其岩石地层勘探应用,因此,在工程建设中对地质雷达进行合理运用不仅可以提升岩土工程的勘察进度,而且可以为岩土工程施工提供有价值的技术参数以及信息,在很大程度上提高岩土工程的安全性、稳定性。
关键词:地质雷达;岩土层;勘察探测中图分类号:TD315 文献标识码:A 文章编号:1002-5065(2023)17-0187-3The application of geological radar in the detection of stratum ( rock and soil ) interfaceFU Rong-xiang, YE Lei, HUANG Hui(China Geological Survey Kunming General Survey of Natural Resources Center,Kunming 650100,China)Abstract: Geological radar detection shows the different characteristics of rock and soil properties in the whole space through the electrical changes of various rock and soil surfaces. According to the requirements of exploration work, the application of geological radar in rock stratum exploration is expounded through the setting of geological radar measurement parameters, data processing and analysis of geotechnical stratum information. Therefore, the rational use of geological radar in engineering construction can not only improve the investigation progress of geotechnical engineering, but also provide valuable technical parameters and information for geotechnical engineering construction, and greatly improve the safety and stability of geotechnical engineering. Keywords: geological radar ; rock soil layer ; survey detection收稿日期:2023-06作者简介:付荣翔,男,生于1992年,云南昆明人,本科,物化遥工程师,研究方向:探地雷达。
本文1997年11月收到,王延忠编辑。
使用地质雷达探测水库地下防渗墙高建东(冶金工业部山东地质勘查局地球物理勘测院・济南・250014) 以地质雷达在大站水库防渗墙位置探测的实例,探讨了地质雷达在水利工程勘察中的应用。
关键词 地质雷达 防渗墙 水利勘察1 方法原理地质雷达是利用超高频电磁波探测地下介质分布的。
宽频带短脉冲电磁波通过发射天线T 向地下发射,由于地下不同介质物理特性(如介电性、导电性、导磁性)差异,电磁波在穿过地下各地层或某一目标体时,由于界面两侧波阻抗不同,电磁波在介质的界面上会发生反射和折射,反射回地面的电磁波脉冲,其传播路径、电磁场强度与波形将随所通过介质电性质及几何形态而变化,因此,从接收到的雷达反射回波走时、幅度及波形资料,可以推断地下介质结构(图1)。
置于地面的高灵敏度雷达接收天线R 所接收到的电磁波反射脉冲波行程走时t 为t =(4z 2+x 2)1/2/v(1) 图1 雷达反射探测原理 当已知地下介质波速v 时,可以根据测得的t 值计算出反射体的深度z 。
v 值可用已知资料标定、宽角方式直接测定、理论公式估算等方式获得。
发射天线与接收天线的距离x 通常很小,甚至合二为一。
当地层倾角不大时,反射波的路径几乎与地面垂直。
因此,探测剖面各测点上反射波走时变化就反映了地下地层的构造形态。
电磁波反射脉冲信号的强度与界面反射系数和穿透介质对电磁波吸收能力有关。
设电磁波从媒质1垂直入射到媒质2,此时媒质界面的电磁波反射系数R 12可由下列关系式表示:R 12=E r /E i =(η2-η1)/(η2+η1)(2) 式中E r 表示反射波电场强度,E i 表示入射波电场强度,ηi =(μi / εi )1/2, εi =εi +i (σi /ωi ),μ、ε、σ分别表示媒质的磁导率、介电常数和电导率, εi 为媒质的复介电常数(其中i 为虚部),ω=2πf 为电磁波的角频率,下标i =1,2表示媒质1和媒质2。
应用实例一:自动门控制、ATM提款机自动录像控制
本电路作用距离4-15米连续可调,和热释电红外探测器相比,具有抗强光干扰,探测距离远,不受温、湿度影响等优点。
电路原理简述:图中U1是微波感应探测器模块,通过K202,K203,R202,R219向模块提供2kHz 的脉动电源(能产生频率为2khz 高电平宽度为20uS的电路很多,如使用反向器CD4069、lm555 等),K201在U1起作用期间导通,把U1输出的反应物体移动的低频信号选通输出, C202为采样保持电路,保证信号的连续和完整。
由LM358组成的两极低通放大电路把U1的输出放大,在LM358的1脚输出。
可调电阻R213 用于调整一级放大器的增益,调整R213的大小可以调整探测距离。
应用实例二:火车自动信号机开关电路
作用距离:1-9米连续可调。
这种电路的抗干扰能力更强,调整范围更大,可以应用于野外
和条件较为恶劣的场所使用。
原理简述:上图是一个完整的应用电路,U3D(LM339)及周围相关元件组成2kHz 低占空比振荡
器,P1,P2 提供脉动电源和选通。
E9为采用保持电容,反应物体移动的低频信号经过LM324 A、
B 及周围元件组成的低通放大电路放大后,到由LM324
C 及周围相关元件组成的比较器。
C9-C12,R32-R35组成的低通滤波网络虑除工频干扰信号。
由U3A组成的延时电路保证了发现物体
移动后电路有相当时间的稳定输出。
由U1A及相关元件组成的第一级放大电路,其增益
A1A≈R30/R31=375/473=78.7;第二级放大器由U1B及相关电路组成,放大增益
A1B≈R36/(R35+R34)=475/943=50;两级放大的增益为A=78.7×50=3935,即为36db。
由U1C及
R39、R40、P2、E12组成的电压比较器,把前级放大的信号变换成脉冲信号,再由U3A及相关元
件组成的延时电路延时输出。
调整P2可以改变探测距离的大小,改变R41、E13、R42的大小可以调整输出时间的长短。
应用实例三:三鉴探头
原理概述:三鉴是指红外主导、微波辅助、单片机智能处理(PIR/MW/AI)的综合探测技术,当被动红外发现目标后启动微波检测电路,当两种信号均有效并通过单片机智能处理符合报警输出条件时,由单片机给出报警信号。
电路简析:本电路中被动红外(PIR)信号经滤波后直到单片机的比较器的输入口17、18脚,比较器把红外头感应到的信号直接转换为脉冲信号,数字信号经MPU PIC16C622A 的处理,利用软件可以进行出、入识别以及干扰的虑除。
RB1输出2kHz占空比为5%的脉冲(宽度为20uS),驱动P2给微波探测器提供脉冲电源。
微波探测器的低频输出通过P1选通输出到C101采用保持电容上。
反应物体移动的低频信号经U1A及相关元件组成的可编程运算放大器放大,再经U1B组成的比较器进行电平转换,转换后的脉冲信号到PIC16C622 的RB3脚输入到MPU。
当红外发现目标后,RB1输出高电平,三极管K3导通,由U1A组成的可编程放大器的增益由100倍增加到10000倍左右,微波探测器电路开始工作,MPU开始检测物体移动信号。
MPU通过对PIR信号分析,可以判断出红外源的出入情况,以此可以排除热空气以及非热源移动物体的干扰(如飘动的窗帘、转动的电扇等),同时综合微波探测器的信号,可以排除多种热源的干扰。
合理的MPU数学模型和编制科学的软件,可以识别出体重小于20kg宠物。
基本上可以消除宠物的引起的误报。
本电路中改变P1的大小,可以改变放大电路的增益,从而调整微波电路的探测距离
HB100微波移动传感器:
HB100 (移动微波探测模块)应用多普勒现象感测移动的X-波段微波传感器,广泛应用于防盗,自动感应门,自动感应灯,交通测速,智能化控制,医疗生命探测等领域。
技术参数:
发射:
1发射频率 : 10.525 GHz
2频率设置精度 : 3MHz
3输出功率(最小): 13dBm EIRP
4工作电压: 5V±0.25V
5工作电流(CW): 60mA max., 37mA typical
6谐波发射: <-10dBm
7脉冲工作模式:
8平均电流 (5%DC) : 2mA typ.
9脉冲宽度(Min.): 5uSec
10负载循环(Min.): 1%
接收:
1灵敏度(10dB S/N ratio)3Hz至80Hz 带宽: -86dBm 3Hz至80Hz带宽杂波 10uV
2天线增益: 8dBi
3垂直面3dB波束宽度: 36度
4水平面 3dB 波束宽度: 72度
5重量: 8 克
6规格: 37×45×8mm。