探地雷达在城市管线测量中的应用研究

樊济

【摘 要】探地雷达是一种新型探测方法，由于该技术不会对地表进行破坏，因而目前广泛应用于城市地下管线的探测中，不仅探测分辨率较高，且定位准确，图像显示效果好。论文通过简单介绍地下雷达的探测原理，以及探地雷达的探测方法，结合实际案例分析，对探地雷达在城市管线测量中的应用展开了深入研究，旨在进一步提升探地雷达的应用水平，进而为城市管线的探测工作质量提供重要保障。

【Abstract】 Ground penetrating radar is a new detection method， which will not destroy the surface of the earth， so it is widely used in the detection of urban underground pipelines. The resolution ratio of it is high， and the location is accurate and the image display effect is good. The paper briefly introduces the detection principle of underground radar， and the  detection method of ground penetrating radar. Combined with practical case analysis， the application of ground penetrating radar in urban pipeline survey is deeply studied. The purpose of this paper is to further improve the application level of ground penetrating radar， so as to provide an important guarantee for the quality of urban pipeline detection.

【关键词】探地雷达;城市管线测量;地下管线探测

【Keywords】 round penetrating radar; urban pipeline survey; underground pipeline detection

【中图分类号】TU198+.2;TU990.3                              【文献标志码】A                             【文章编号】1673-1069（2018）10-0191-02

1 引言

城市化建设脚步的不断推进，我国城市基础测绘的工作量日益增加，特别地下管线的探测工作，大量非金属管线的应用，增加了地下管线的探测难度，传统的金属管线探测方法显然难以适用，而探地雷达的应用，不仅具有无损、精准、快速的特点，同时探测范围也比较大，操作相对简单，极大地减轻了工作量。随着探测技术的不断发展，探地雷达在房屋测绘与地下管线探测方面的应用优势，逐渐为人所关注。基于此，本文对探地雷达在城市管线测量中的应用进行研究，具有重要的实践意义。

2 探地雷达的工作原理

探地雷达，简称GPR，是近年来新兴起的一项电磁探测技术。探地雷达应用的主要优势为高分辨率、定位准确、图像实时显示，且不需要开挖地表便可以进行探测，因而不会对地表产生破坏。其探测的主要原理为，利用特殊仪器，将106～109Hz波段的高频电磁波，以宽频带短脉冲的形式，发射到地下，并借助土壤进行传播，当电磁波在地下遇到具有电性差异的地下目标体时，便会出现反射，这一反射回来的电磁波会被地面上的接收装置接收，通过分析接收电磁波的波形与振幅强度，结合双程时间等参数，确定地下目标物的深度与位置，进而实现测量[1]。

需要注意的是，面对不同性质或者材料的地下管线，探地雷达所能起到的探测效果也是不相同的，這主要是因为不同材料介质自身的介电常数以及波速存在很大差异。金属类管线的介电常数为0，探地雷达在探测金属类管线时，探测效果比较显著，而对于其他类型物质，雷达接收器上显示的图像信息就相对较弱。根据这一特性，也可以迅速判断出区域地下是否存在金属类管线。

3 探地雷达的探测方法

3.1 参数的设定

探地雷达的参数，包括触发方式、天线类型、时窗范围以及采样点数等。首先，按照城市地质选择适合的天线类型，其次按照预估的地下管线的最大埋深，选择合理的时窗范围，而采样点数为单位距离的测距轮标准值45，即采样间距为2.2cm，触发方式可以根据实际需求选择距离触发与测距轮触发等方式。

3.2 获取增益

探地雷达的增益获取是通过指数增益的方式来实现的，最大增益为60dB，最小增益为-20dB。需要注意的是，正增益一般情况下应用于放大信号强度之上，而负增益一般情况下应用于缩小信号强度上。对于与地表相距较近的数据，可通过负增益的方式进行数据处理，而针对中层深度返回的数据，则需要采用正增益的方式进行处理。

3.3 数据采集

在数据采集时，可通过推动天线小车，在显示屏幕上得到采集数据的波形图像，这种情况下，可以通过分析不同波形图像的特征，来获得不同的地下管线。

3.4 数据分析及定位

通过振幅谱、相位谱、频率谱等方式，对波形图像进行分析，进而推断出地下管线的定位，并且还可以推测出地下管线分布的大概平面位置，以及地下管线的性质。此外，还可以利用波形图像的大小，来预估管线直径，在反射面不够明显的情况下，则可以通过同相轴的连续判断，来推测出地下管线的平面位置。

3.5 数据处理

数据处理适用于城市地质环境相对复杂，探地雷达难以在探测现场获得地下管线的分布情况的情形中。利用软件切除图像中的干扰波形与滤波，同时还要对处理掉波形的增益以及剖面偏移，以此来提高管线反射图像的分辨率，便于更加清晰的观察，进而推测出管线的实际分布情况。

4 探地雷达探测城市地下管线的具体应用以及实际案例分析

4.1 探地雷达探测城市地下管线的具体应用

一方面，现场勘探试验。在现场勘探的过程中，为了将探地雷达的探测效果充分发挥出来，工作人员应首先做好所探测地区的地下管线的相关资料，包括地下管线的直径大小、才智等，同时还要调查目标探测地的温度、地质情况、温度等条件，并根据实际情况，选择合适的探测参数。另一方面，剖面探测。在应用剖面探测的方式对地下管线进行测量时，一是要做好探测前的准备工作，包括标志其真实位置、测量线的布置等，二是要做好目标管线是否异常的判断工作。

4.2 实际案例分析

为了做好城市地下管线的规划建设工作，东莞市积极开展中心镇的地下综合管线普查工作，并将第一批中心镇地下管线的普查划分成12个包，本文研究以J包地下管线的普查为例展开研究。本次探测的地点在塘厦镇与凤岗镇部分区域的J包，区域面积为55.28km2，主要工作量为：探查各类管线点91087个，其中调查明显点53650个，探测隐蔽点37437个。管线长度总计1496.149km。探测结果经处理后如图1所示，而同一位置现有的管线图资料如图2所示。

由图1与图2可以看出，若将路边看作是起始点，那么雨水管道与起始点之间的距离为2.7m，而自来水管道的距离则为8.4m，煤气管道的距离为7.5m，电力管线与起始点的距离为12.5m，两条热力管线与起始点的距离分别为13.2m与13.8m。与此同时，探地雷达所探测的影像，和实际的城市管线分布图恰好吻合，并且探测雷达获得的影像中，很多管线的探测感知效果较好，管线分布明显，可以在雷达影像中清晰地看到。这说明，探地雷达的探测效果较好，定位比较精准。

5 結论

城市地下管线的探测工作对城市化建设具有重要影响，而通过本文中对探地雷达测量原理、测量方法的分析，结合实际案例的探测结果，可以看出探地雷达作为一种新型探测手段，在城市地下管线的探测中具有非常好的应用效果，不仅探测精准性较高，且雷达图像分辨率高，亦不会对地表产生破坏。所以，探地雷达在城市地下管线的探测中具有较好的应用前景。总而言之，在我国城市化建设的进程中，城市地下管线的探测工作任重而道远，行业工作人员应积极应用探地雷达技术，实现对地下管线的快速探测，以及高精准定位。

【参考文献】

【1】赵文东，李庆彪.RISK2探地雷达在大理市地下管线普查中的应用[J].办公自动化，2014，14（s1）：206-214.