2012高教社杯全国大学生数学建模竞赛
承诺书
我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.
我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题.
我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的,如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。。
我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理.
我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）：A
我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）：
所属学校（请填写完整的全名）：延安大学西安创新学院
参赛队员(打印并签名)：1.***
2.***
3.***
指导教师或指导教师组负责人(打印并签名)：
日期：2012年8月25日
空洞探测
摘要
为了解决最优空洞探测计算复杂度较高的问题,利用矩阵算法对空洞探测问题的数据进行分析后设定了合理的误差,以理论时间与实际时间的误差作为矩阵选择标准,最终确定空洞所的区域以及空洞的个数.我们首先将平板分为各自独立的单元，在采用矩阵，计算出每个矩阵，然后与理论时间进行比较，分析是否有空洞存在，同时利用点与点之间连线的方式对不存在空洞的单元进行删除，剩下存在空洞单元计算空洞的大小，从而解决空洞问题.
关键词：矩阵法弹性波图解排除法1.问题重述：
山体，隧道，坝体等的某些内部结构可用弹性波测量来确定，现考察有一具体问题：240（米）×240（米）的平板（ABCD），（如图）在AB 边等距地设置7个波源P i (ī=1，…,7),CD 边对等地安放7个接收器Q J （J=1，…，7），记录有P i 发出的弹性波到达Q J 的时间T （秒）；在AD 边等距地设置7个波源R，BC 边对等地安放7个接收器S，记录由R 发出的弹性波到达S 的时间T（秒），已知弹性波在介质和空气中的传播速度分别为2880（米∕秒）和320（米∕秒）,且弹性波沿板边缘的传播速度与在介质中的速度相同.
(1)确定该平板中空洞的位置.
(2)根据由Pi发出的弹性波到达Qj的时间tij(i,j=1,…,7)，
能确定空洞的位置吗；讨论在同样能够确定空洞位置
的前提下，减少波源和接受器的方法.
D O C
A B
T ij Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7
P10.06110.08950.19960.20320.41810.49230.5646
P20.09890.05920.44130.43180.47700.52420.3805
P30.30520.41310.05980.41530.41560.35630.1919
P40.32210.44530.40400.07380.17890.07400.2122
P50.34900.45290.22630.19170.08390.17680.1810
P60.38070.31770.23640.30640.22170.09390.1031
P70.43110.33970.35660.19540.07600.06880.1042
T ij S1S2S3S4S5S6S7
R10.06450.06020.08130.35160.38670.43140.5721
R20.07530.07000.28520.43410.34910.48000.4980
R30.34560.32050.09740.40930.42400.45400.3112
R40.36550.32890.42470.10070.32490.21340.1017
R50.31650.24090.32140.32560.09040.18740.2130
R60.27490.38910.58950.30160.20580.08410.0706
R70.44340.49190.39040.07860.07090.09410.0583
2.基本假设
(1)假设对弹性波传播时间的测量值存在测量误差.
(2)假设，问题给出的所有测量数据均为可供分析用的可靠数据，即除测量误差外不存在错误数据.
(3)如果某路径上弹性波传播时间的实际测量值与该路径上无空洞时弹性波传播时间的理论计算值之差在测量误差范围内，则该路径上无空洞分布.
3.符号说明
L
ij——P Q
j
或R
i
S
j
路径长度；连线上测的空洞的总长度；连
线上测的空洞的总长度；36个方格区域中的m n去（见图2）；方块中的空洞的洞径；连接两点且通过方格的波束线的总长度；连接两点切通过波束线上的总长度；
4.对测量数据的初步分析
一直均匀平板的尺寸为240（米）*240（米），弹性波在介质和空气中的传播速度为2880（米/秒）和320（米/秒），如果介质中无空洞，则弹性波从P到Q或从R到S的传播时间应为t=240（秒）/2880（米/秒）=0.0833(秒).
通过对表中给出的测量分析发现。弹性波从P到Q或从R 到S的测量时间从t=0.0583到t=0.1024(秒)不等，与理论计算值0.0833秒不符，最大偏差0.025秒.
结论1显然，实际测量值不应该咸鱼弹性波在纯介质中传
播的理论计算值，故根据基本假设1，2应视t 为弹性波传播时间测量的最大误差.
结论2一t 乘以弹性波在空气中的传播速度的8米，可见由于测量误差的限制，只能探测到沿传播方向上洞泾大雨8米的空洞.
结论3根据上述分析即假设3可知，所有P Q j 或R i S j 连线上均无空洞分布。空洞仅有可能分布与有诸PQ 连线所划分的方格中.
5.空洞位置的确定
建立一个6行×6列的方阵A ，其元素为a mn ,为使a mn 约比例于所在区域中空洞的洞径，定义a mn 的值为：
a mn =[,1/,, i j
i j
z i j ≠∏αij
(m n)
,1/,,k l k l
z k l
≠∏βkl
(m n)
]
1/h
式中h 为各αij
(m n)
和βkl
(m n)
的个数之和，z,i,j 为波光束ij 上可
能具有空洞的区域的个数，按此定义，各a mn 为0的区域对应于无空洞的区域。
a mn 的数值可依据下述方式分步计算：
1.首先计算相邻波束线P i Q j 和R k S l (i-j=1,k-l=1)上的空洞总长对a mn 的平均贡献值（几何平均值），以a mn (1)表示，此时取zij=6，得计算通式为：
a mn (1)=1/6(αm.m+1*αm+1,m *βn+1n*β,n.n+1)1/4
计算表明，经取整后矩阵为：
A(1)=
000000
09121070
0911960
0162017110
0162017120
000000
可见周边的小方格内无空洞，空洞仅可能分布于中间的16个小方格中.
2.计算次相邻波束线P i Q j和R k S l(i-j=2,k-l=2)上的空洞总长对a mn的平均贡献值，以a mn(2)表示，考虑到1中的结论及方程(1)实际只须计算对应于中间的16个方格的a mn(2)故取zij=4,得计算通式为：
=1/4(αm.m+2*αm+1,m-1*βn.n+2*βn+1n-1)1/4
a mn(2)=1/4(αm.m+2*αm+1,m-1*βn-1n+1*β,n+2.n)1/4
余者类推，计算可得：
A (2)=
00000001617000017172400025280180016200000
3.依同法可计算出波束线P i Q j 和R k S l (i-j=3,k-l=3)上的
空洞总长对a mn 的平均贡献值a mn (3)，得到矩阵：
A (3)=
000000025001800024179001316121200191514900
对A (4),A (5),A (6)的计算可依法实行，此处从略.
4.矩阵A 各元素的值可依下式确定：
a mn=61amn(1)i =?? ???
∏1/6
由此的矩阵A为：
A=
000000
0210000
00212300
022250200
01822000
000000上述矩阵中仅有8个元素不为零，表明这些区域中有空洞存在，各非零元素对应的空洞位置与图2中的阴影区域一一对应.
6.对减少波源和接收器问题的讨论
有俩点理由，说明只根据由P I发出的弹性波到达O J的时间T I,J(i，j=1…7),是不能确定空洞的位置的.
理由1：如果存在平行于AB连线方向的若干个空洞，其总长接近240米，且空洞的洞径在沿直径于AB的方向上接近相等，则因这些洞引起的，由各P发出的弹性波到达所对应接收器的时间延迟都近似相同，此时便不能确定空洞存在的上下位置.
理由2：过P2，P3，P4，分别作P1Q7，P2Q7，P3Q7连线的垂线，高分别为h1,h2,h3,如图3.
h1=40×sin(∏/4)=28.3(米)
h 2=40×sin∠Q 7P 2P 3h 3=40×sin∠Q 7P 3P 4
因∠Q 7P 3P 4﹥∠Q 7P 2P 3﹥∏／4,所以h 3﹥h 2﹥h 1﹥28（米），同理有h 3﹥h 4﹥h 5﹥28（米）,即在波源附近存在直径大于28米的空间区域，这些空间区域是仪器的精度可以探测到达但却因减少波源和接收器的个数而使波束线无法到达的死去，如在这些区域中有空洞存在，则将被漏测.
由对称性分析，在接收器附近也存在类似的情况.
在P 1Q 1直线和P 7Q 7直线中点附近20米的地方，也是仪器测量的死去，如果存在空洞，也无法探测到，所以仅靠纵向测量装置是不够的.
要想保证确定空洞的位置，可分别在R 1R 2的中点，R 4点和R 6R 7的中点各设置1个波源，CD 边对等的安放了3个接收器，有作图法可知，如此即可解决理由1中提出的困难，又能消除AB 和CD 边附近的死区，按次设置使波源和接收器减少4对.
7.对模型的评价和改进
本文的方案先将任一波束线上测得的空洞总长平均分配给所经过的各方格区域，而后对每一个方格区域所分配的诸平均洞长再求几何平均值，作为空洞存在与否的判据，所依赖的假设少，结果合理可信.但方案依赖与平板的分区，若空洞的分布跨越多个方格区域，则应寻求更为普遍的模型和算法.
附录：
参考文献：
[1]朱道元等.《数学建模案例精选》，科学出版社，2005年.
[2]宋来忠王志明.《数学建模与实验》，科学出版社，2005年.
[3]乐经良主编.《数学实验》，高等教育出版社.
[4]程卫国等编.《MATLAB5.3精要及高级应用》，机械工业出版社.
地下空洞探测解决方案 发 布 于 2 1 5 - 1 - 7 1 3 : 3 4 1.地下空洞的探测目的 通过车载式雷达探测系统或便携式探地雷达，定期对道路重点区域进行地毯式普查探测，提前发现隐伏在地下的危险空洞隐患，提前预警，在灾害发生前及时采取措施处治除险，防患于未然，避免地下空洞事故的发生。
2. 地下空洞探测依据的标准规范 （1）《城市工程地球物理探测规范》(CJJ7-2007)； （2）《公路工程物探规程》（JTG/T C22-2009）； （3）《地质灾害防治工程监理规范》(Dz／10222-2006)； （4）《卫星定位城市测量规范》（CJJT73-2010）； （5）其它现行的相关规程、规范及标准。 3. 地下空洞灾害现状
近年来，随着城市建设的快速发展，各城市城区频繁发生地下空洞灾害事故，造成了重大的生命财产损失和严重的社会影响。灾害事故的调查统计表明，地下空洞主要发生在如下重点区域： （1）管线（特别是带水管线）密集区、暗渠集中区，老化管线、渗漏管线集中区； （2）深基坑施工地区及其周围影响区域。管线（特别是带水管线）密集区、暗渠集中区，老化管线、渗漏管线集中区； （3）地铁轨道交通工程施工沿线及其周围影响地区； （4）地下溶洞发育地区。 由于地下管线大多位于城市道路下方区域，并且道路交通动荷载直接加剧了坍塌灾害的发育发展，因此，绝大多数的地下空洞灾害事故都发生在上述重点区域的道路范围内。 4.地下空洞探测的原理和技术 4.1 探测技术 对于引起坍塌灾害事故的道路下方隐伏的空洞进行探测作业，由于交通繁忙，环境干扰大，常用的工程物探方法，如高密度电法、浅层地震法、瞬变电磁法等难于施展，难以避免城市地上和地下空间的各种干扰因素，应用效果较差，成本高，速度慢，难以大范围应用。 探地雷达具有现场实施方便、抗外部环境干扰、作业快速便捷、探测效率高，分辨率高、实施成本低廉等优势，成为道路塌陷灾害普查探测的首选技术手段和唯一现实可行的方法，同时探地雷达也是唯一在国内外城市地下空洞普查探测的
第一章 1.什么是大气探测？可以划分为哪几部分? 2.简述大气探测的目的是什么? 3.地面气象观测场的要求有哪些？ 4.简述大气探测有哪几种方法? 5.大气探测仪器的性能包括哪几个? 6.如何保证大气探测资料的代表性和可比性? 7.气象探测环境? *大气探测 ．．．．，是指利用科技手段对大气层和近地层的各种物理过程、化学过程、生物过程等进行系统的观察和测量。是对表征大气状况的气象要素、天气现象及其变化过程进行系统的、连续的观察和测定。大气探测资料精确性直接影响到气象预报、气候预测和气候变化研究等的准确性。大气探测可划分为地面气象观测，高空探测，特种探测，遥感探测 *．大气探测的科技手段 ．．．．．．．．．：机械方法：风向标等。光学方法：经纬仪光谱仪等。热学方法：蒸发器等。电磁方法：雷达卫星信息传输等 * 大气探测的空间范围， ．．．．．．．．．．从海平面往上到几百公里甚至一千多公里 范围不断扩大！ * 大气边界层， ．．．．．．大气与地面之间充分湍流化的气层，厚度约为1km，大气要素变化剧烈并随时间和地表条件变化，是地面气象观测和大气边界层探测的主要大气层，该层对局地天气、气候产生重要影响。
近地面层（常通量层，表面层），直接与地表接触、受地面强烈影响， 地面气象观测在此高度内。 *影响大气边界层探测的物理过程，．．．．．．．．．．．．．．．辐射传输过程：短波辐射，长波 辐射。热力传输过程：显热，潜热。动力作用：平流，垂直运动，局 地环流。湍流运动：无规则，分类（机械、热力），特征，尺度谱， 串级传递能量过程，湍流输送过程。 *．大气探测学研究目的 ．．．．．．．．．，．1.大气探测是从事大气科学教学、科研的基 础。为天气、气候诊断分析、预报及环境保护部门、国家及全球气象 资料网络系统等提供大气观测资料。2.随着科学技术的发展，大气探 测的要素量和空间范围越来越大。大气探测分为近地面层大气探测、 高空大气层探测和专业性大气探测。3.. 是推动大气科学进步的重要 力量大气科学重大理论的提出和完善得益于大气探测（虽然数值模拟 在其中也发挥着重要作用）。新的探测原理和观测平台促进大气科学 的前进（如GPS水汽探测、卫星平台） *大气探测 ．．．，业务需求，社会需求，科研需求。．．．．同时满足 ．．．．3．种需求 *地面气象观测场， ．．．．．．．．观测场四周空旷平坦，所取得的资料应具有较好 的代表性；经纬度（精确到分）和海拔高度（精确到0.1m）刻在石 碑上，埋设在场内；观测场为25mX25m的平整场地，保持均匀草坪， 草高不超过20cm，不准种植作物；设 1.2m高稀疏围栏，内设 0.3m-0.5m宽小路，且只准在小路上行走，小路下建线缆沟或埋设 线缆管。 *气象探测环境 ．．．．．．，是指为避开各种干扰保护气象探测设施准确获得气
三维探地雷达技术在道路塌陷空洞探测中的应用 发表时间：2018-12-24T16:51:45.220Z 来源：《基层建设》2018年第32期作者：倪国亮[导读] 摘要：近年来，随着我国城市地下空间开发利用强度不断加大，城市浅层地质稳定性造成一定程度的影响和破坏，导致我国许多城市道路地面塌陷事故不断发生，严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。 朝阳华程公路工程试验检测有限公司辽宁朝阳 122000摘要：近年来，随着我国城市地下空间开发利用强度不断加大，城市浅层地质稳定性造成一定程度的影响和破坏，导致我国许多城市道路地面塌陷事故不断发生，严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。三维探地雷达是近年来国外发展起来的一项新技术，在道路地下空洞检测、地下管线探测、工程质量检测、考古等领域应用，取得了良好的效果。文章对三维探地雷达技术在道路塌陷空洞探测 中的应用进行了研究分析，以供参考。 关键词：三维；探地雷达技术；道路塌陷；空洞探测 1前言 近年来，城市道路塌陷事件频繁发生。北京、大连、哈尔滨、深圳、广州、南京、合肥、长沙、南宁、太原等近年来都出现过城区道路塌陷事件，轻则影响交通，重则造成死伤，造成生命财产的重大损失。 2三维探地雷达探测系统 2.1工作原理 探地雷达是通过发射天线（T）向下发射超高频短脉冲电磁波，由接收天线（R）接收反射波，并根据其回波旅行时间t（又称双程走时）、幅度与波形资料，经过图像处理和解译，以确定地下界面或地下介质的空间分布。 2.2三维探地雷达 三维探地雷达是近年来发展的新技术，它采用三维阵列天线，将发射天线与接收天线分离，交错等距排列，发射和接收天线可任意组合，实现剖面间距接近天线中心频率的1/4波长这一理想状态。采集数据经专门的处理软件处理后可以实现数据的无缝拼接，保证最终成果为一个完整的三维数据体。该成果可以在任意方向上“切片”以反映异常的形态。 2.3三维探地雷达数据采集系统 三维探地雷达数据采集系统包括雷达阵列天线（集成主机）、GPS精确定位系统、控制中心、工程车等，将三维探地雷达图像、图像坐标位置、地表特征物、标记等多种数据信息同步采集，融入到原始数据中。该系统可对城市道路进行地毯式、全覆盖普查探测，得益于这种全新的数据采集模式，技术人员通过一幅幅雷达剖面，和不同方向的“切片”判断分析地下异常的位置、形态以及危害程度，并提出施工建议。 3三维探地雷达异常识别 3.1正常路面基层的标准雷达异常图像 由于路面为层状结构，每一层铺筑的材料具有一定的介电性差异，因此，对于正常路面基层的雷达异常图像的波相同相轴或色谱图将呈现为近水平线型展布，每一层内的信号强度基本一致，反映在图象上无明显变化。 3.2富水体 富水体的相对介电常数大于周边土体，随着含水量的增大，相对介电常数差异越大。雷达图谱通常为顶面反射信号能量较强，下部信号衰减明显，同相轴较连续、频率变化不明显。 3.3道路局部密实不均匀 路面基层内若存在局部密实不均（压实度，离析，湿度）必然会导致介电常数的不同，电磁波在此发生反射，地面可接收到相应的雷达剖面异常图像。这种密实不均体界面处引起的异常幅度一般变大，判断其边界的定性方法为：依据在不均匀体边界处有连续的反射波同相轴中断或弯曲分布，其波长变长，波幅明显变化，波组特征也发生明显变化。 3.4公路局部脱空或空洞 从理论上讲，在面层和基层结合密实区，层间反射弱，波形平缓、规则、无杂乱反射存在。当路面积水未及时排出时可能导致地表水下渗，使面层与基层之间逐渐疏松，局部甚至脱空或空洞。脱空、空洞的相对介电常数为1，与土体的相对介电常数（6～40）差异明显此时，层间介质的介电常数差异较大，依据雷达波反射界面与波的传播特性，反射界面明显、传播速度降低。空洞异常区雷达图谱通常为反射信号能量强，反射信号的频率、振幅、相位变化异常明显，下部多次反射波明显，边界可能伴随绕射现象。 4应用实例分析 4.1探地雷达数据采集 为全面了解上海某道路下方塌陷空洞的三维空间分布，利用三维探地雷达技术对塌陷区进行了三维探测。在道路表面布置了一个1.0m×0.5m的三维测网，平行路面布置了12条间距为0.5m的测线，垂直路面布置了11条间距为1.0m的测线，探测设备采用意大利IDS公司生产的RIS-K2型探地雷达系统；为兼顾探测深度和分辨率，本次探测采用400MHz屏蔽天线，采样点数为512个，时窗长度为100ns。为采集到高精度雷达数据，采用50m皮尺定点并采用自动叠加、连续扫描模式，每隔1m做一个标记，以修正天线移动速度不均匀引起的记录道的位置错位。 4.2数据处理 探地雷达数据处理是利用数学方法压制雷达剖面的噪声，提高电磁波信号的信噪比，获取与地下介质有关的速度、振幅、频率和相位等特征信息，从而为雷达剖面的地质解译提供高质量的雷达剖面。野外采集的原始雷达数据中来自地下塌陷位置的反射波非常微弱，加之采集现场运行的挖掘机、道路旁边的高压线使得采集的GPR数据包含大量噪声，因此需要经过处理才能压制噪声，提高反射波的信噪比，以利于雷达剖面的解释。数据处理主要采用零时校正、直流滤波、带通滤波、自动增益和时深转换。其中，零时校正主要是消除天线离地和天线延时的影响；直流滤波主要是切除电磁波中含有的直流成分；带通滤波的主要目的是消除地表环境如挖掘机、高压线工作产生的噪声影响；增益主要是补偿电磁波在地下介质中传播时衰减的能量；时深转换主要是将时间剖面转换为深度剖面。 4.3三维探测结果与分析
地铁区间隧道地下空洞的探测及处理 【摘要】城市地下由于地质及长期人类活动经常会形成部分地下空洞，地下空洞的存在可能会对地铁施工产生较大的安全隐患。本文主要介绍了采取地质雷达结合地面钻孔及隧道内超前钻孔进行地质预报对地下空洞进行探测的方法。并在探明地下空洞的位置、范围及充填状况后，采取对应的注水泥砂浆或回填混凝土处理的施工方法。有效的解决了地下空洞对工程施工及后期运营的影响。 一、地下空洞的成因及危害 城市地下空洞的形成原因较为复杂，在灰岩地段主要是由于地下水的侵蚀作用形成的岩溶空洞。在其它围岩地段主要是由于地层起伏较大加上后期的人类工程行为的多次改造处理而产生。地下工程施工引起的地层失水，在地面硬壳层与以下地层间也易形成地下空洞。此外，陈旧的地下管井、人防工事等早期废弃构筑物也是形成地下空洞的原因之一。 地铁隧道埋设在地下30m以内的中浅层空间，多属于浅埋，具备浅埋隧道的地质特点。部分空洞位于隧道的高程位置，与隧道的交叉关系分为与隧道断面交叉，在隧道断面以外（隧道底面以下）两种情况，因地质资料只能反应局部的情况，地下空洞的详细空间形状不详，也可能存在地下洞穴延展到隧道以上的情况。空洞多半为半填充、无填充状态，充填物为粉质粘土，洞穴周边裂隙发育，地下水活动频繁，是过水通道。 地下空洞的存在对地铁施工的危害巨大，施工中引起的地层损失极易引起地面下沉或坍塌，并容易发生坍塌冒顶现象，易瞬间发生重大事故，近期出现的地铁坍塌事故都或多或少的与地下空洞有关。现有的地质勘察一般较难发现，只能在工程实施过程中采取补充钻探、超前钻孔及加强工程技术措施，减小其灾害程度。 二、地下空洞的探测 地下空洞根据其充填物的状态分为水囊、气囊、球形风化的削弱带或孤石、杂物等，因其充填状态复杂，其力学性能与土力学的基本原则相去甚远，难以探测。 在部分工程实践中，曾以地质雷达进行探测，但通过钻孔检测与其进行对比，发现地质雷达对5m深度范围内的水囊、气囊可基本探明地下空洞的位置及范围，对5m以下和其它类型的地下空洞基本不具备参考价值。目前主要的技术手段仍主要是通过地质钻孔，根据探测取出的充填物的性状，根据经验来判断。
分光打印室空气检测仪 （电脑版可调式六合一中文显示分光光度打印室空气检测仪器） 数据可调型 使用说明书
尊敬的客户： 您好！为保证您在使用过程中具有更好的安全性和有效性，请您务必注意以下事项： 1．为了确保您能够正常操作，在使用仪器前，请仔细阅读仪器使用说明书。2．我公司仪器以便于携带和现场快速检测为其主要特点，对被测样品的品质和安全能够实现快速现场检测；其检测结果可以作为法律裁决的前期基础参考数据。 3．仪器所用试剂为化学药品，绝对禁止儿童及无关人员接触试剂，否则发生意外责任恕请自负。 4．使用仪器须知： 检测结束后，必须关闭所有仪器设备的电源，以免发生以外。 注意吸收瓶和仪器的连接，防止倒吸，损毁仪器。 启动仪器之前注意胶管位置，避免触地，防止异物吸入。 不要在没有流量或流量很小的情况下长时间让气泵处于工作状态，以免影响机器寿命。 仪器工作时要保持水平。 防止仪器剧烈振动。 切开检测管时注意伤手，玻璃渣要妥善处理。 使用三脚架时注意平衡。 仪器特点 ▲多功能：可检测室空气中的甲醛、苯、氨、甲苯、二甲苯、TVOC有害气体。▲流量稳定：为了适应室环境监测的需要，该仪器采用了大流量泵，可调阻力流量计，具有流量稳定，精度较高的特点，能很好适应苯、氨、甲苯、二甲苯、TVOC 等检测管有较大采样阻力的情况； ▲自动控制：可在0~99小时任意设定时间，操作方便、直观。在控制面板设定采样时间，采样结束时自动停止工作。时间精度高，采样误差不超过0.1秒； ▲温、湿度指示：面板上可以显示检测现场的温度及湿度，可以直观地反映采样现场的环境状况（可选）。 ▲现场测定甲醛含量。 ▲甲醛超限声、光报警提示。 ▲现场热敏打印定制格式的检测报告。 ▲轻便：本仪器体积小，重量轻，携带方便。 ▲电源：接220V交流电，强电、弱电分别独立控制。 ▲包装：仪器的外包装为小型铝合金手提箱。
一、地下空洞、地下管线，路面裂缝探查 方法：利用探地雷达检测 仪器：SIR雷达 检测原理：如图1所示探地雷达由发射电路、发射天线、控制面板、接收天线、接受电路、笔记本电脑及光缆等组成。探地雷达的两块板式天线紧贴目的体表面，发射天线发射的电磁波遇反射层后产生反射回波信号。由接收天线接收并直接将该信号数字化。然后由笔记本电脑收集并记录，每一测点视时窗大小仅需几秒或十几秒即可完成采集任务，可以方便地实现连续采集和连续记录，易于图像解释。探地雷达图像解释的基础是研究电磁波的传播特性，因此主要是通过找寻反射界面来判断得出目的体的几何形状和物理特征介质的电性质差异和物性差异成为衡量探地雷达适用与否的主要标准，介质间的物性差异越大，二者间的界面越易于分辨。 图1 仪器技术参数如下：
检测过程：根据实际情况采用0.5m至1m不等的观测点距，采用不同的天线中心频率探测道路不同深度的空洞情况。 二、已建建筑沉降监测 在本测区内，应设5个以上基准点，相互之间距离不超过60m,以便相互校准，基准点要设置在距建筑物一定距离以外的稳定地方，且有良好的通视条件。沉降采用闭合线路二等水准测量方法进行，工作基点用作直接测定观测点的起始点或终点，利用DS1水准仪进行沉降点的沉降观测。观测点的布设：为了能够反映出建筑物的准确沉降情况，应以建筑物的大小、荷重及基础构造等因素来确定观测点的位置，沉降观测点纵、横向对称，且均匀地分布在建筑物的周围及内部。一般建筑物承重柱、转角处、沉降缝的两侧、纵横墙交接处或每隔 10～20m的承重墙上设置观测点。 三、已建建筑倾斜监测 方法：经纬仪法
仪器：经纬仪 原理：在需观测墙面上设上，下两个测点 A 、B ，其高差为H 。在该墙面垂线方向设立一个稳定的点作为测站。并选择一个稳定的后视点开始量测时测出A 、B 两点对后视点的夹角OB OA αα, (该值为初始值)及测站至A 、B 两点之间的距离B A d d ,。图 2为 A 点计算简图。 变形前建筑物 A 点为实线位置，变形后移至虚线位置，第 i 次量测相对第1次(初始 值)的角度变化值为A ?,，最后倾斜度为： 四、地下水位检测 仪器：LEVEL 检测原理：根据压力与水深成正比关系的静水压力原理，运用压敏元件作传感器的水位汁。当传感器固定在水下某一测点时，该测点以上水柱压力高度加上该点高程，即可间接地测出水位。 仪器参数： 尺寸 直径22毫米，长度154毫米 重量 179克 外壳材 质 氮化镐 压力传感器材 质 陶瓷 采样频 率 0.5秒到99小时 内存 2×40000个数据 电池寿命 8到10年
第一章：总论 大气探测：又称之为气象观测，是指对表征大气状况的气象要素、天气现象及其变化过程进行个别或系统的、连续的观察和测定，并对获得的记录进行整理的过程和方法。 大气探测的发展历史： 世界地面气象探测网的建立是大气探测史上的第一次革命。 高空气象要素探测系统的发展是大气探测发展的第二次革命。 1960年美国发射第一颗气象卫星泰罗斯-1号，是遥感技术发展的标志，是大气探测的第三次革命。 随着科学与技术的发展，大气探测取得了显著的发展，主要表现在探测能力显著增强，自动化水平迅速提高，观测方法、观测网的设计和观测工具的配合得到重视，直接探测和遥感技术并存，各取所长，综合利用。 观测站的分类： （1）国家基准气候站（基准站）：是国家气候站的骨干；一般300-400公里设一站，每天观测24次。（2）国家基本气象站（基本站）：是国家天气气候网中的主体；一般不大于150公里设一站，每天观测8次。 （3）国家一般气象站（一般站）：是国家天气气候站的补充；一般50公里左右设一站，每天观测3次或4次。 （4）无人值守气象站（无人站）：用于天气气候站网的空间加密；观测项目和发报时次可根据需要而定。 （5）高空气象站：一般300公里设一站，每天探测2次或3-4次。 时制：人工器测日照采用真太阳时， 日界：人工器测日照以日落为日界， 对时：台站观测时钟采用北京时。未使用自动气象站的台站，观测用钟表要每日19时对时，保证误差在30秒之内。 地面气象观测场设置：观测场一般为25m×25m的平整场地。 仪器设施布置：要注意互不影响，便于观测操作。 大气探测资料必须具有代表性、准确性、比较性。“三性”是大气探测工作的基本要求。 “三性”的联系：互相联系、互相制约。观测资料质量的好坏，均以观测资料的“三性”衡量。 第二章云的观测 云是由大气中水汽凝结（凝华）而形成的微小水滴、过冷水滴、冰晶、雪晶，由它们单一或混合组成的，形状各异飘浮在天空中可见的聚合体。其底部不接触地面 我国地面气象观测规范中，按云的外形特征、结构特点和云底高度，将云分为三族，十属，二十九类。
RDscan道路空洞探测技术简介 一用途与特点 （1）主要用途 RDscan主要用于城市道路、地铁、场地的工程地质勘查、工程病害诊断和工程治理效果评价等领域。用于道路结构、地质结构、道路脱空、路面坍塌、地铁次生病害以及隐避工程等地质与工程对象的精细勘查。 （2）技术背景 随着城市的发展，道路、地铁以及地下结构等工程建设迅猛发展，道路塌陷等次生灾害频繁发生。工程地质勘查、工程灾害诊断等服务需求益日激增，需要探测的深度由3m增加到30m。地震与电法勘探不但分辨率低，而且难以适应城市道路与交通的严酷环境。地质雷达的分辨率虽然很高，但是探测深度太浅，难以解决实际的工程需要。目前，城市内30m深度的探测对工程物探领域还是一个空白。RDscan技术正是为填补这一空白而开发的，它具有如下独到的特点。 （3）RDscan主要技术特点： 1 分辨率高，探测深度大：垂直分辨率达15cm，相当于400M雷达；探测深度30m，相当于雷达探测深度的10倍； 2 抗干扰性强，不需中断交通； 3 拖缆接收，不破损路面，检测速度快； 4 实时成像，现场扫描成像，即时发现地质问题； 二设备组成与技术指标 （1）设备组成 RDscan为软硬一体化智能设备，能够像做雷达扫描一样做地震探测。主要设备包括主机、拖缆、电磁脉冲震源三部分。
图1 RDscan 主机 图2 RDscan 接收拖缆 图3 RDscan 工作方式 （2）主要技术指标 通道：16、32 可选； 采样动态： 24Bit ， 采样频率：156kHz ； 电缆频带：20Hz —20kHz ， 检波器间距：25cm ，50cm ； 内置电池：8小时， 触发方式：有线、无线（可选）； 电磁震源瞬时功率：900kw 激震出力：10 KN （探测深度100m ） 三 技术性能优势
大气探测仪器 原值50万以上的对外提供共享服务的大型科学仪器设备总量为20333台（套），其中大气探测仪器的数量为142台（套），占总量的0.7%。大气探测仪器中，特殊大气探测仪器33台（套），气象台站观测仪器28台（套），主动大气遥感仪器26台（套），被动大气遥感仪器24台（套），对地观测仪器9台（套），高层大气/电离层探测器9台（套），高空气象探测仪器7台（套），其他6台（套）。
1 气溶胶激光剖面仪MPL-4B 美国上海市环境科学研究院上海 2 光谱仪FieldSpec 3 (350-2500nm) / A100590 德国盐城师范学院江苏 3 流式细胞仪FACSClibur 美国湖北中医药大学湖北 4 空气质量监测系统ThermoFisher 美国重庆绿色智能技术研究院（中科院）重庆 5 测雨雷达713 中国成都信息工程学院四川 6 小型卫星地球站HUS 8000型美国成都信息工程学院四川 7 微脉冲激光雷达MPL-TP 0-30KM 中国成都信息工程学院四川 8 测风雷达GFE(L)1型 1675+-6MH2 中国成都信息工程学院四川 9 测云雷达天线装置 2.4m/含天线系统1套/发射机1套/接收机1套中国成都信息工程学院四川 10 固态雷达祥云HTXY-2 9.3-9.65GH 中国成都信息工程学院四川 11 移动式边界层风廓线雷达系统L波段1.29GH2 中国成都信息工程学院四川 12 气溶胶粒谱仪4000 美国成都中医药大学四川 13 空气自动监测系统XH-2000 中国广元市环境监测站四川 14 气/质联用仪TRACE DSQ GC/MS 美国昆明理工大学云南 15 高压气体发生系统SCM-50C 中国昆明理工大学云南 16 空气自动监测系统大西比1000 美国渭南师范学院陕西 17 梯度与湍流监测系统及子系统CR1000、LI7500等美国中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆 18 系留探空系统TT12 芬兰中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆 19 温度水气微波辐射计MP-3000 美国中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆 20 移动C波段双偏振多普勒天气雷达3836J 中国中国气象局武汉暴雨研究所湖北 21 固定式边界层风廓线雷达恩瑞特CLC-11 中国中国气象局武汉暴雨研究所湖北 22 微波辐射计MP-3000A 美国中国气象局武汉暴雨研究所湖北 23 微波辐射计MP-3000A 美国中国气象局武汉暴雨研究所湖北 24 车载X波段中频相参多普勒天气雷达724-XD 中国中国气象局武汉暴雨研究所湖北 25 微波辐射计MP-3000A 美国中国气象局武汉暴雨研究所湖北 26 移动GPS探空系统NW31 芬兰中国气象局武汉暴雨研究所湖北 27 移动毫米波双偏振多普勒测云雷达系SCRMP-03 中国中国气象局武汉暴雨研究所湖北 28 方舱式可移动边界层风廓线雷达CLC-11 中国中国气象局武汉暴雨研究所湖北 29 车载X波段双通道双线偏振全相参多普SCRXD-02MP 中国中国气象局武汉暴雨研究所湖北 30 激光雷达扫描仪MV260 美国中国计量科学研究院北京 31 气溶胶调控装置3936L75 美国中国计量科学研究院北京 32 生物气溶胶实时监测仪Verotect 英国中国检验检疫科学研究院北京 33 多功能气溶胶粒度分析仪Inhalation 德国国家纳米科学中心北京 34 多普勒激光雷达运载平台定制中国中国科学技术大学安徽 35 450mm望远镜及扫描系统定制中国中国科学技术大学安徽 36 法布里-珀珞标准具定制英国中国科学技术大学安徽 37 热线风速仪四通道丹麦中国科学技术大学安徽 38 激光雷达Mie-Rayleigh-Na双波中国中国科学技术大学安徽 39 1米口径望远镜镜坯* 中国中国科学技术大学安徽
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地下空洞探测解决方案 发布 于201 5-01-07 13:34 1.地下空洞的探测目的 通过车载式雷达探测系统或便携式探地雷达，定期对道路重点区域进行地毯式普查探测，提前发现隐伏在地下的危险空洞隐患，提前预警，在灾害发生前及时采取措施处治除险，防患于未然，避免地下空洞事故的发生。 2. 地下空洞探测依据的标准规范 （1）《城市工程地球物理探测规范》(CJJ7-2007)； （2）《公路工程物探规程》（JTG/T C22-2009）； （3）《地质灾害防治工程监理规范》(Dz／10222-2006)； （4）《卫星定位城市测量规范》（CJJT73-2010）； （5）其它现行的相关规程、规范及标准。 3. 地下空洞灾害现状 近年来，随着城市建设的快速发展，各城市城区频繁发生地下空洞灾害事故，造成了重大的生命财产损失和严重的社会影响。灾害事故的调查统计表明，地下空洞主要发生在如下重点区域： （1）管线（特别是带水管线）密集区、暗渠集中区，老化管线、渗漏管线集中区；（2）深基坑施工地区及其周围影响区域。管线（特别是带水管线）密集区、暗渠集中区，老化管线、渗漏管线集中区； （3）地铁轨道交通工程施工沿线及其周围影响地区； （4）地下溶洞发育地区。 由于地下管线大多位于城市道路下方区域，并且道路交通动荷载直接加剧了坍塌灾
害的发育发展，因此，绝大多数的地下空洞灾害事故都发生在上述重点区域的道路范围内。 4.地下空洞探测的原理和技术 探测技术 对于引起坍塌灾害事故的道路下方隐伏的空洞进行探测作业，由于交通繁忙，环境干扰大，常用的工程物探方法，如高密度电法、浅层地震法、瞬变电磁法等难于施展，难以避免城市地上和地下空间的各种干扰因素，应用效果较差，成本高，速度慢，难以大范围应用。 探地雷达具有现场实施方便、抗外部环境干扰、作业快速便捷、探测效率高，分辨率高、实施成本低廉等优势，成为道路塌陷灾害普查探测的首选技术手段和唯一现实可行的方法，同时探地雷达也是唯一在国内外城市地下空洞普查探测的工程实践中大量应用并取得成功的工程物探方法。 地下空洞的探测原理 探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）是中浅层目标体的有效探测设备，采用电磁波方法探测具有电性差异的两种地下介质的分界面。GPR探测利用反射、速度测距、层析成像等三种基本方法：发射天线在地面以宽频带短脉冲的形式向地下发射高频电磁波，入射波在存在介电性差异的两种介质的分界面（地层界面或目的体）产生反射波，接收天线可接收记录反射波的波形、振幅及到达时刻（双程走时），并以雷达图象的方式显示探测结果；根据测量的双程走时和波速计算出目标体深度；连续测量测线各点的反射波，形成雷达图像。 探地雷达以反射波波形的形式来反映地下目标体的特征。目标体与周围土壤介质有足够的电性差异（导电性及介电性），就会产生反射波。不同形状的目标体的反射波形具有不同的特征。由于空气的介电常数为1、周围土壤的介电常数约为9，地下空洞与周围土壤的介电常数差异明显，能够在两者交界面处产生明显的反射波，因此探地雷达能够有效探测出地下空洞。 当电磁波经过正常土层与土体缺陷的交界面时，必然发生较强的反射，从而可以根据反射波图像特征来确定土体缺陷的平面位置、埋深、分布范围等特点。只要地下管线、土体疏松、空洞等地下目标体与周围土层之间存在足够的电性差异就能被探地雷达发
一.淡积云、浓积云、秃积雨云、鬃积雨云，它们之间的区别界限是什么？ 答（1）淡积云：扁平的积云，垂直发展不盛，在阳光下呈白色，厚的云块中部有淡影，晴天常见。（2）浓积云：浓厚的积云，顶部呈重叠的圆弧形凸起，很像花椰菜；垂直发展旺盛时，个体臃肿、高耸，在阳光下边缘白而明亮。有时可产生阵性降水。（3）秃积雨云：浓积云发展到鬃积雨云的过渡阶段，花椰菜形的轮廓渐渐变得模糊，顶部开始冻结，形成白色毛丝般的冰晶结构。秃积雨云存在的时间，一般比较短。（4）鬃积雨云：积雨云发展到成熟阶段，云顶有明显的白色毛丝般的冰晶结构，多呈马鬃状或砧状。 二.如何保证大气探测资料的代表性和可比性 答.观测站观测资料代表性的好坏，原则上可以从台站地形是否具有典型性方面进行评定。站址的选择、观测站的建立需要考虑空间的代表性，防止局地地形地物造成大气要素不规则变化。湍流大气中，气象要素变化快，时间上要取一定时段的平均值作为测量值。 观测资料的比较性是建立在一致的基础上，即要求观测时间、观测方法、仪器类型、观测规范、台站地理纬度、地形地貌条件等的一致性。 三.简述大气探测原理有哪几种方法？ 答：从原理上分为直接测量和遥感测量。直接测量分为现场测量和遥测两种。遥感测量分为主动遥感和被动遥感。 四.如何区别浮尘与霾、霾与轻雾？ 答.形成浮尘的沙尘是由远处传播而来，而霾不是。一般浮尘的能见度更小，并且垂直能见度也不大。霾常出现在干燥时期，浮尘不一定。霾由大量极细微沙尘均匀漂浮在空气中，使空气混浊，能见距离<10km。常出现在气团稳定较干燥时期。浮尘出现在冷空气过境前后无风或风小时，由远处沙尘经高空气流传播而来。或为沙尘暴，扬沙出现后尚未下沉的沙尘浮游在空中所致。能见距离小于1km，垂直能见度也很差。霾和轻雾的组成不同，霾是大量沙尘漂浮在空气中，而轻雾是由水滴组成。并且霾常出现在气团稳定较干燥时期，而轻雾不一定。轻雾由细小水滴组成的稀雾幕。水平能见距离<10km。呈灰白色。早晚较多出现。 五.浮尘、扬沙、沙尘暴之间如何区别？ 答.浮尘是由远处沙尘经高空气流传播而来，或由扬沙、沙尘暴天气过后尚未下沉的沙尘浮游在空中所致。而扬沙、沙尘暴则是由本地或附近的沙尘被吹起所致。浮沉出现在风较小时，但扬沙和沙尘暴出现时风力较大，沙尘暴还常伴有强对流或雷雨过境。一般说来，浮尘和沙尘暴天气的能见度比扬沙更小。扬沙由于本地或附近的沙尘被吹起，使能见度显著下降，能见距离一般为1-10km。天空混浊，风力较大。在北方春夏，冷空气过镜或空气不稳定时出现。沙尘暴成因与扬沙相似，但能见度<1km。风力很大。常伴有强对流或雷雨过境。 六.最高最低温度标测温原理 答：最高温度表：毛细管较细，液体为水银。在玻璃球部焊有一根玻璃针，其顶端伸至毛细管的末端，使球部与毛细管之间的通道形成一个极小的狭缝。升温时，球部水银膨胀，水银热膨胀系数大于玻璃热膨胀系数，水银被挤进毛细管内；但在降温时，毛细管内的水银不能通过狭缝退回到球部，水银柱在此中断。因此，水银柱顶可指示出一段时间内的最高温度。最低温度表：毛细管较粗，内装透明的酒精，游标悬浮在毛细管中，观测时将游标调整到酒精柱的顶端，然后将温度表平放。升温时，酒精从游标和毛细管之间的狭缝过，游标不动；温度下降时，液柱顶端表面张力使游标向球部方向移动，因此，游标指示的温度只降不升，远离球部的一端将指示出一定时段的最低温度。 七.什么叫测温仪器的热滞现象？热滞系数值大小与哪些因素有关？怎样理解热滞系数的定义？ 答.温度表在与被测介质接触后，如果两者温度不同，就要产生热量交换，以逐渐趋于热平衡状态。但是进行热量交换，建立热平衡需要一定的时间，这就是说，温度表不是瞬间即可
第一章大气探测 ⒈大气探测学研究的定义、范围和特点 是对表征大气状况的气象要素、天气现象及其变化过程进行系统的、连续的观察和测定；并对获得的记录进行整理。这种探测即包括目测，也包括器测；即包括直接测量，也包括间接测量。 地面气象观测：对近地面层的大气状况进行观察和测定。包括云、能见度、天气现象、温度、湿度、气压、风、降水、蒸发、辐射能、日照时数、冻土深度、积雪和电线积冰。 高空气象观测：利用气球、无线电探空仪、气象探测飞机、气象火箭、气象雷达和卫星等对自由大气的温、压、湿、风等要素进行探测。 专业性气象探测：根据不同的专业要求需要进行，如大气污染监测、农业气象观测 特点：理论与实践相结合，基础性、前沿性 ⒉直接测量和间接测量指什么？ 直接测量：感应元件置于待测介质之中，根据元件性质的变化，得到描述大气状况的气象参数。 间接测量：根据电磁波在大气传播过程中信号的变化，反演出大气中气象要素的变化。可以分为主动遥感和被动遥感两种方式。 ⒊大气探测仪器的性能包括哪几个？ 惯性（滞后性），灵敏度，准确度和精密度，分辨率（力），量程。 ⒋气象业务组织分哪几类？ 基准气候站：300-400，24次。基本气象站：150，8次。一般气象站：50，3次或4次。高空气象站：300，2次或3-4次。 ⒌地面观测场地要求及仪器布置。 25*25平方米；四周空阔平坦，能代表本地较大范围；四周10m内不能种植高杆作物均匀草坪，草高不超过20cm，不准种植作物；设1.2m高稀疏围栏，内设0.3-0.5m宽小路，且只准在小路上行走，小路下建线缆沟或埋设线缆管。 ⒍大气探测的三性要求指什么？ 代表性、准确性、比较性。 第二章云的观测 ⒈掌握3族10属29类云的特征和符号简写（主要是会识别云） ⒉云量、云高的定义及观测方法 云量是指云遮蔽天空视野的成数。云量观测包括总云量（观测时天空被所有的云遮蔽的总成数）、低云量（观测时天空被低云族的云遮蔽的总成数）。 云高指云底距测站的垂直距离。目测云高、激光云高仪 ⒊激光云高仪的工作原理 激光器发射光束到云体,反射回来被接收所用的时间为t,光速为c,则 ； S H α 第三章能见度、天气现象、地面状态的观测
大气探测学 1、按照探测方法分，大气探测分目测、直接探测和遥感三种。 2、所谓遥感，又称为间接探测，就是指仪器与被测大气不直接接触进行的探测。遥感又分为主动遥感和被动遥感。主动式大气遥感是指遥感器向大气发射信号，并通过接收被大气散射、吸收或折射后的信号，从中反演气象要素的方法和技术。被动式大气遥感是指遥感器接收大气自身发射或散射的自然信号，从中反演气象要素的方法和技术。 3、按照探测范围分，大气探测分为地面气象观测和高空气象探测两种。 4、地面气象观测是指在地面上以目力或仪器对近地面层的大气状况和天气现象进行的观测。 5、高空气象探测，是指对自由大气各气象要素的直接或间接探测。 6、常规的高空气象探测，是指利用气球携带无线电探空仪对空中气温、湿度、气压和风进行的探测，其最大探测高度为35km，又称为无线电高空气象探测。 7、按照大气平台分，大气探测分为地基探测、空基探测和天基探测。 8、按照探测时间分，大气探测分为定时观测和不定时观测。 9、一个比较完整的现代化大气探测系统，包括探测平台、探测仪器、通信系统和资料处理系统四部分。 10、根据国际标准化组织（ISO）的定义，标准器可分为基准、二级标准、国际标准、国家标准、工作标准、传递标准、移云式标准等。
11、在气象测量中，铂电阻温度传感器已基本取代了400多年的玻璃温度表，其测量误差不超过+-0.2℃。 12、目前湿敏电容传感器的测量准确度在0℃以上只能达到3％-5％RH,在0℃以下为5％-8％RH，在低湿条件下其测量准确度虽然高于铂电阻通风干湿表，但在5℃以上时要比铂电阻通风干湿表低。 13、短波辐射的测量准确率达到1％-2％，长波辐射的测量准确率达到2W.m-2 14、大气探测在未来15-20年内，大气探测将向以下几个方发展。（1）、地面气象观测以自动气象站为主，组成自动遥测网。 （2）、电子探空仪、GPS探空仪取代机械探空仪应用于业务系统。（3）、各种遥感设备加入到大气探测业务中，成为中、小尺度系统监测的重要设备。 （4）、GNSS(全球导航卫星系统)技术应用于大气探测中，与进一步发展的卫星监测网组成互为补充的天基、地基综合监测网。 （5）、气象卫星遥感探测向全天侯、多光谱、更高分辨率定量探测方向发展。 15、天基观测系统以极轨、静止两个系列气象卫星和气象小卫星为主，实现对地球全天侯、多光谱、三维的定量观测。 16、空基观测系统以GPS气球探空系统为主，实现对大气水汽总量和垂直分布的监测。 17、地基观测系统由地面常规观测系统、地基高空观测系统、地基特种观测系统、地基移动观测系统组成。
地质雷达在建筑地基的空洞探测中的应用解决方案 引言 在工程地基勘察设计和施工过程中，经常会遇到各种类型的地下空洞，容易诱发地基失稳和地面建筑的破坏。地下空洞具有隐蔽性高、突发性强、危害性大和难以预测的特点。地质雷达探测是一种先进的测试技术,是近十余年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、实时图像显示等优点,备受广大工程技术人员的青睐。现已被广泛用于各种脱空、空洞、回填不实等工程质量检测。 技术原理 地质雷达( Ground Penetration Radar ，简 称GPR)又称探地雷达，是一种浅层高分辨探 测技术，它利用高频电磁波以宽频带脉冲形式在地面通过发射天线送入地下，电磁波在地下传播过程中，当遇到目标体如空洞时，会发生反射并返回地面，被接收天线接收，由于电磁波在地下介质中传播时，其路径波形与能量会随着所通过介质的电性质及几何形态不同而变化，因此，通过对电磁波反射信号的旅行时间即双程走时频率幅度与波形变化等时频特征和振幅特征的分析研究，就可以确切了解地下界面或目标体的空间位置及形态。这是一种非破坏性的探测技术,可以安全地用于城市建设中的工程场地,并具有较高的探测精度和分辨率。 图1 地质雷达的工作原理示意图 图1中T 为发射天线,R 为接收天线,电磁波在地下介质中遇到目标体和基岩时发生反射,信号返回地面由天线R 接收并记录, 通过主机的回放处理,就可以得到雷达记录的回波曲线(如图2所示)。 图2 地质雷达记录的回波曲线 图2中横坐标的单位为m ，横坐标代表地表面的探测距离， 在地表面均匀打点可以
得到相应点位的地下介质分布情况；纵坐标 代表的是电磁波从发射到遇见地下目标体或基岩时反射回地面并被仪器接收所需要的时间。有了雷达记录的双程反射时间即可公式（1）算出该界面的埋藏深度H： （1）其中，t为目标层雷达波的反射时间；c 为雷达波在真空中的传播速度（0.3m/ns );εr为目标层以上介质相对介电常数均值。 布置方案 图3 剖面法测线布置示意图 实际应用中，地质雷达一般采用剖面法采集方式。即将地质雷达的发射天线（T）和接收天线（R）以固定间距沿测线方向同步移动，逐点发射接收。并根据勘查的地质情况，选择最佳的天线中心频率，并合理设置测量参数，包括采样点数、记录长度、扫描速度、介电常数等测量参数。这种采集记录方式能够准确反映测线下方各反射界面的形态。 工程案例 某建筑工程在基坑开挖和CFG桩施工过程中，发现地层中存在空洞。为确保地基的安全和可靠性，因此采用地质雷达在选定的重点区域内寻找异常部位，然后采用钻探开挖手段进行确认验证，最终圈出空洞的分布范围。 根据现场实际情况，分别采用井字形与往返方式布设测线，共布设测线34条，采用100MHz天线进行数据采集，测量参数设置为介电常数6，采样点数512，记录长度250ns，每次扫描数16，发射率50KHz。 由于地下空洞与其周围介质间存在较大的物性差异，空洞界面造成雷达反射波同相轴不连续，使连续记录的波形形成双曲线形态，而穿过空洞的雷达波形显得杂乱，能量甚至损失殆尽，因此可以据此特征可大致判断空洞的存在。图4为47号测线的地质雷达剖面图，从图中可以看出，47号测线长18m，距离起始点16m，深度4m处，同相轴表现为近似双曲线形态，故推断此处存在空洞异常地质体。此处的勘探结果与开挖验证的结果十分吻合。
2012高教社杯全国大学生数学建模竞赛 承诺书 我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则. 我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题. 我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的,如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。。 我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理. 我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）：A 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）： 所属学校（请填写完整的全名）：延安大学西安创新学院 参赛队员(打印并签名)：1.*** 2.*** 3.*** 指导教师或指导教师组负责人(打印并签名)： 日期：2012年8月25日
空洞探测 摘要 为了解决最优空洞探测计算复杂度较高的问题,利用矩阵算法对空洞探测问题的数据进行分析后设定了合理的误差,以理论时间与实际时间的误差作为矩阵选择标准,最终确定空洞所的区域以及空洞的个数.我们首先将平板分为各自独立的单元，在采用矩阵，计算出每个矩阵，然后与理论时间进行比较，分析是否有空洞存在，同时利用点与点之间连线的方式对不存在空洞的单元进行删除，剩下存在空洞单元计算空洞的大小，从而解决空洞问题. 关键词：矩阵法弹性波图解排除法1.问题重述： 山体，隧道，坝体等的某些内部结构可用弹性波测量来确定，现考察有一具体问题：240（米）×240（米）的平板（ABCD），（如图）在AB 边等距地设置7个波源P i (ī=1，…,7),CD 边对等地安放7个接收器Q J （J=1，…，7），记录有P i 发出的弹性波到达Q J 的时间T （秒）；在AD 边等距地设置7个波源R，BC 边对等地安放7个接收器S，记录由R 发出的弹性波到达S 的时间T（秒），已知弹性波在介质和空气中的传播速度分别为2880（米∕秒）和320（米∕秒）,且弹性波沿板边缘的传播速度与在介质中的速度相同.
一个常规物探方法寻找地下空洞的实例 内容提要：通过作者参与的一例利用常规物探方法勘查地下空洞的实例，说明了常物探方法是可以用于地下空洞勘查的。同时也简明介绍了地下空洞的异常特征。指出了在勘查地下空洞时应注意的几个问题。 关键词：常规物探方法地下空洞勘查地面高磁VLF 直流电法 在地勘工作从过去单纯的找矿而转向研究包括环保、灾害、工程、考古等学科的今天。物探工作因为它的多参量性，以及不苛求接触目标的远距离空间感应性而受到人们愈来愈强的关注。 利用物探方法寻找地下空洞就是在诸多应用领域中的一方面。本文就一则实例浅谈利用物探方法寻找地下空洞的效果。 1．任务来源及工区基本情况 解放前，日本曾占据我国东北多年，他们在广袤的东北大地上烧杀抢、修筑战争工事、搞活人试验。黑龙江省虎林县虎头镇、东宁县三岔口镇、内蒙古海拉尔等地都曾发现了二战时期日本关东军逼迫中国劳工修筑的地下作战工事。这些工事工程巨大、结构复杂、机关繁密。黑龙江省绥芬河市解放以后也在民间盛传绥芬河市天长山存在像虎头、东宁一样的二战时期日本地下通道的传闻。绥芬河市人民政府本着为人民负责、为后代负责的宗旨，决定利用现代科技手段查明天长山地下通道分布情况。 地质上工区内除沟谷见第四系外，主要出露侏罗系中－上统屯田营组上段地层。这是一套中基性火山－火山碎屑－正常沉积岩。碎屑岩中，碎屑主要为安山玢岩和流纹斑岩的碎屑，并有一定的磨圆，表明它们是经过一定距离的水流搬运，但搬运距离较近，是一种快速沉积的产物。 2．工作布置 勘查面积为3km2。东西跨2km。南北1.5km。见图一。 结合其它已发现的日军地下工事，我们认为日军在东北修筑的地下工事有如下几个特点： ⑴．一般工事长几百米到十几公里不等； ⑵．工事走向多沿地势走向。一方面保持相对的埋深，另一方面也与对面防御地带形成平行走势； ⑶．一般在地下10—50m，可分上下多层，层与层之间有通道相通； ⑷．生活区、军事区、指挥区等分区有序。横向主通道宽1—2m，考虑到通道两侧各种设施，宽度可达5m。如通道两侧均有设施，其宽度甚至达到十几米，或更宽。 综上，并考虑设施内可能存有战争物资，我们本次勘探工作投入方法有地面高精度磁测、甚低频电磁法（VLF）、直流电法。工作参数为：高精度磁力仪探头高度选为1m；VLF使用澳大利亚的NWC台（22.3KHZ），极距为10m，记录点为MN中点，测量参数为电场水平分量Ex。直流电法只用于高磁和VLF异常检查和异常区详查，采集的参数为一次电位（V1）、自然电位（Vs）、供电电流（I）、电阻率（ρs）。直流电法在检查高磁和VLF异常时采用对称四极装置（AMNB）,极距设置为AB＝50m，MN＝10m。 3．工作成果 本着慎重态度，我们对不明原因的地面高精度磁测和VLF异常安排了直流电阻率法和部份人工工程验证工作。下表为异常的检查结果（只罗列其中有代表性的几个）： 普查结束后，我们对天长山日军工事已经有了初步的了解： ⑴．地面高精度磁测和VLF在工事上方均有较强的异常，综合解译效果较好； ⑵．地面高精度磁测和VLF除已知工事外，均未见其它明显富有规律及规模的异常；