基于探地雷达的公路勘察简述

杨培培 魏世昭 李可欣 方海旭 张蕴祁

【摘要】探地雷达（Ground Penetrating Radar，GPR）已成为工程浅层勘察的非常重要的，几乎已经成为必不可少的手段。本文简述了GPR在北欧五国和美国公路勘察中的最初应用。随后对相应的采集系统和处理软件进行了简单总结。最后对当前GPR系统的发展进行了简单陈述。

【关键词】探地雷达 公路勘察

在斯堪的纳维亚半岛，第一个探地雷达（Ground PenetratingRadar，GPR）试验地面耦合天线于1980年代初在丹麦和瑞典进行初期试验，但那个方法在当时没有得到普遍认可。在芬兰，第一个试验是在1986年，而在芬兰国家公路管理局（FINNRA）的拉普兰路区在1988年购买了他们自己的设备，这些方法在多种道路设计和返修方面已经被用于常规的工具。大多数在芬兰的高速公路应用的研究工作集中在低频地耦合天线（100-500MHz）以便于评价路基土壤和他们自己的夹层、探测表土的深度和勘查道路结构层。GPR技术也应用于公路骨料的勘查。在1990年代的中早期，1.01.5GHz空气耦合和地耦合天线被用于桥面勘查和地基设计和品质控制。

在美国，GPR在道路勘查的历史可以追溯到1970中期，联邦高速公路管理局（FHWA）测试了雷达在隧道应用方面的有效性进行了测试，之后在1985年测试了桥面。第一个公路汽车雷达在FHWA下进行了测试。此后，大多数应用程序都集中在路面厚度测量的微波激射器，1994，在空洞检测、混凝土板、检测恶化地区桥面。这些调查主要是高频率1 GHz的空气中进行。一个很好的说明探地雷达在北美洲公路部门的应用目前的做法是通过调查问卷发送到50个国家，最常用的应用包括路基厚度，脱空检测，桥面板劣化区的检测。这些检测主要是用高频1 GHz的空气发射天线进行的。

对当前做法的很好的描述探地雷达在北境公路交通中的应用是由莫雷1998做的。结果发给Puerto 50个州的调查问卷波多黎各，哥伦比亚区和加拿大11运输代理机构表示，33个机构在51个答复中都有探地雷达的经验。最常见的探地雷达应用报告路面层厚度24个机构、脱空检测（22机构）和桥梁检测（16部门）。

接地天线在一个宽的范围内工作。中心频率范围从80到1500MHz。地面耦合的明显优势系统是它们的穿透深度，与空气发射系统相比，而表面耦合和天线振铃存在的问题，这使得很难从近表面获得任何定量信息。整个系统的领先制造商，是美国新罕布什尔州GSSI，其他制造商包括传感器和来自加拿大和瑞典的MALA的软件。

空中发射系统的工作范围为500兆赫 2.5千兆赫，最常见的中心频率为1千兆赫。在数据中，它们的穿透深度通常是0.5到0.9米。收购这些天线暂停0.3-0.5米以上的路面。数据采集速度可达100 scans/s，这使得GPR的调查速度高达100Km/h。目前来自美国的三家供应商制造和出售空中发射系统：新罕布什尔州GSSI、纽约的Penetradar，德克萨斯脉冲雷达。在未来，路探地雷达硬件的发展将向更小的接触天线和多通道数据采集系统，它允许从断层图像路。这些系统的一个例子是64道HERMES桥—由劳伦斯利弗莫尔国家实验室监测。

用于道路调查的探地雷达软件可分为四组：探地雷达数据采集软件，探地雷达数据处理軟件，解释和可视化软件和集成的道路分析与设计软件。探地雷达数据采集软件已经由探地雷达系统开发。但是，自定义数据收集质量控制软件包现在正在开发的。需要改进的软件包当空气发射天线系统用于路面质量控制的目的，测量必须是可重复的，将使用探地雷达结果确定对新完成的职业的奖励和惩罚对象。数据采集中的一个重要特征软件是与定位系统的连接。电信设备制造商，如GPS，因为现代路面管理系统PM8路面设计软件需要附加的信息x，y，z坐标。目前，大多数系统是基于距离的数据采集控制。在未来几年的精确定位和探地雷达数据与其他路面测量的衔接数据是一个关键的研究领域。探地雷达制造商也提供探地雷达数据处理系统，但大多数软件已编写，以便处理接地。PLED收集地质调查数据。空气发射的探地雷达系统相对可重复的信号，因此处理只需要基本的信号滤波和背景去除算法。挑战数据处理软件的未来是推断关于电学的一些定量信息路面层与路基的性能已经接近这个问题。

通过调查有前途的技术来解决道路结构中的几个基本问题，评价，即反演技术获取道路结构中介质垂直分布和层剥离的信息。探地雷达数据解释与可视化道路检测软件探地雷达的接口和单个目标探地雷达数据时间尺度的数据与转换进深。许多努力，包括使用神经网络，已经作出，以便开发自动判读软件道路桥梁。然而，这些结果发展项目并不令人鼓舞，并在公路上造成混乱。工程师.自动解释软件包的原因很可能永远无法实现。工作是道路大多是历史性的变质结构，纵向结构与不连续性，垂直方向和横向方向。这是为什么半自动判读软件受过良好训练和经验丰富的口译人员加上有限的取心或其他参考。调查结果被证明是道路调查中唯一可行的解决办法。用户也必须确保回声来自真实的接口。而不是通过对比回波在强反射镜之间多次反射的结果与这些问题有关的接口的概要文件附近。唯一的例子，自动解释似乎计算正确的厚度和介电值是对新的和缺陷的测量。

GPR提供了巨大的潜力，以协助完成堆焊层质量的监控。探地雷达参数这些问题领域是表面电介质。探地雷达的痕迹可以紧密地收集起来。间隔，并用最少的数据处理表面介电常数与距离的关系图产生.表面层的电介质是对构件材料骨料的介电函数，空气和沥青及其体积比。如果沥青表面被均匀压实，表面绝缘应要保持恒定；但是，如果是低渗透区的话。有过多的空隙，这将有利于人们观察到测量介质中的表面介电图。

结语：通过对GPR在北欧五国和美国公路勘察中的最初应用及相应的采集系统和处理软件的简单总结，本文对GPR系统在公路勘察工程中的发展进行了简单陈述。