探地雷达在公路检测中的几个技术问题的研究

方杰　隋超

摘要：有效、无损、快捷、简便是公路检测技术的发展方向。当前国内外先进的超浅层勘测技术—— 探地雷达检测，以其无损、快捷以及超浅层高分辨率的优势被迅速应用于公路检测。探地雷达勘察方法以其非破坏性探测、抗干扰性强、分辨率高、操作方便等优势，在较短的时间内被迅速推广应用于国内外公路质量检测中。但是探地雷达在公路检测中会涉及到一些技术问题需要对其进行研究。

关键词：探底雷达；公路检测；技术问题；研究

正文

1.探地雷达技术概述

探地雷达是一种地球物理探测方法，其主要利用超高频脉冲电磁波进行地下介质的探测。由于地下介质对电磁波具有较强的衰减性，同时地下介质的复杂性和多样性要远远大于地上的空气，所以电磁波在地下的传播要比在地上传播复杂得多。所以，在探地雷达应用的初期，它主要用于冰层或岩盐矿等介质中，因为此类介质的电磁波吸收较弱。到目前为止，探地雷达已经广泛应用到了道路下空洞及裂缝探测、埋设物探测、工程地质探测等多个领域。

2.探地雷达的检测原理

探地雷达是将高频电磁波（主频为数10至数千兆赫）以宽频带短脉冲形式，由地面发射天线（ T）送入地下，被地下介质界面反射至地面，由另一天线（R ）接收（如图1）。多层介质中的反射波系为多次反射波， 其基本原理类似于光学中的折射与反射（见图2）。

探地雷达发射天线与接收天线之间的距离很小，甚至可合二为一。在公路面层检测时，不同介质的界面倾角甚小，反射波的全部路径几乎垂直于地面。因此，在测线的不同位置上，电磁波通过介质的双程走时的变化就反映了检测目的层厚度的变化。

3. 天线频率的选择

通常情况下，简易路面厚度为10～ 20 cm、高等级公路路面厚度为20～ 30 cm、机场跑道面层厚度为40 cm。在检测中需根据检测目标界面的埋深，选择合理的天线中心频率，方可取得最佳效果。天线中心频率的选择要兼顾目标深度、目标最小尺寸以及天线尺寸是否符合场地需要。在满足分辨率且场地条件许可的情况下，应尽量选择中心频率低的天线。

为了解某高速公路一路段路面下1 m以内各层变化时所进行的不同频率发射天线的对比试验。通过对比发现在该路段< 40 cm的情况应选择大于900 M Hz的天线，> 40 cm的介质变化情况需选择小于500 MHz的天线。

一般情况下，天线中心频率的选定可采用以下公式。当空间分辨率为x （ m） ，介质相对介电常数为X时，选择天线中心频率为f = 150/x √X（ MHz）。

4.探地雷达公路检测精度分析

探地雷达的检测精度一般用分辨率表示，所谓分辨率就是分辨最小异常体的能力。探地雷达的检测分辨率主要决定于电磁波的波长，电磁波的波长越短，接收到的波形信号的分辨率就越高，即检测精度也就越高。而在给定地电条件下，波长与工作频率成反比.因此，要在确保探侧深度的前提下，尽量提高工作频率，以缩短其波长。注意的是：提高分辨率意味着增高频率，而频率高则探测深度将减小。

路面基层检测对象均属三度体，都具有长、宽、高，从地面看下去，有横向延展度和垂向延展度。因此，判别分辨率，就有横向分辨率和垂直分辨率之分。两者既不同又相互关联。

5.雷达检测图像波相识别特征的研究

探地雷达的资料解释就是对电磁反射波信号的拾取、识别，即波峰、波谷的位置沿测线基本上具有并赋于信号所反映异常体属性的内涵。

①反射波组的同相性。只要地下介质存在着介电差异，就可以在雷达图像剖面中找到相应的反射波，同一波组的相位特征可追索性，因此，同一反射体往往对应一组光滑平行的同相轴。②反射波形的相似性.相邻记录道上同一反射波组的波形主要特征保持不变。③地下介质的电性及几何形态将决定于波组的形态特征。确定具有一定形态特征的波组是反射体信号识别的基础，而反射波组的同相性和相似性为沿剖面追踪反射体的分布界面提供了依据。

图像波相的识别过程可归纳如下：首先要在雷达剖面图象中确认地面反射波，而后找出路面各结构层界面所对应的反射波组，并追踪其同相轴沿剖面的分布特征，选定图像判别的标志层，而后逐段的分析雷达图像的波长，幅度，波形，同相轴延展分布特征，识别异常现象，判别其异常属性，提过图像波相的识别达到对雷达图像的定性解释。

6.探地雷达对公路检测异常的识别

利用探地雷达技术对公路大量检测试验后，我们得到了各类典型公路缺陷所对应的雷达异常图像，把这众多的异常雷达图像进行归类，在己经进行钻孔验证的基础上，归纳出公路可能出现的各种缺陷异常的特征，通过这些典型公路缺陷异常的特征分析，我们在以后的检测中将可以直接从雷达检测图像L识别出这种异常的属性，而不再需要钻孔验证，确保路面不受损害，为雷达路面检测提供了统一的识别标志。

首先从正常路面的雷达的图像认识开始，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，对于正常路面的雷达异常图像的波相同相轴或色谱图将呈現为近水平线型展布，每一层内的信号强度基本一致，反映在图像上无明显变化。判别正常路面基层探地雷达检测图像的标志：

（l）路面基层的上下界面对应着明显的负峰、平缓、近水平的同相轴或色谱线条，其内对应沿剖面均匀分布的色谱特征。

（2）因路面基层较厚而分层铺筑的条件下，除具有上述图像特征外，基层内同料分层铺筑的界面处一般还会呈现微弱的、断续的、负峰、平缓、近水平的同相轴或色谱线，给异常图像越弱、越窄表明其施工质量越好。反则说明界面处粘结不佳或存在着松散、离析夹层缺陷。

结束语

有效、无损、快捷、简便是公路检测技术的发展方向。当前国内外先进的超浅层勘测技术——探地雷达检测，以其无损、快捷以及超浅层高分辨率的优势被迅速应用于公路检测。所以要重视探底雷达在公路检测中一些技术性问题的研究。

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