城市道路地下空洞探测地质雷达技术

《城市道路地下空洞探测地质雷达技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、城市道路地下空洞探测地质雷达技术　　摘要：城市道路下空洞探测的技术要求除了速度快、分辨率高之外，还要求仪器抗干扰能力强、机动灵活。本文从地质雷达工作原理、技术特点、参数设置和处理解释等方面着手，对地质雷达技术在城市道路地下空洞探测方面进行了归纳与总结。关键词：地质雷达、空洞、城市道路中图分类号：U41文献标识码：A文章编号：随着城市地下空间的不断开发利用，特别是大规模的地铁建设施工，因为复杂的地质条件和多变的施工环境，不时有地面下陷和沉降过大的报道。在繁忙的城市道路上快速、准确的对存在的较大空洞提前

2、预警并准确定位，地质雷达成为最主要的探测技术之一。1、地质雷达工作原理7地质雷达是一种宽频带高频电磁波信号探测介质分布的无损探测仪器。它通过天线发射和接收电磁波反射信号，在测线上不断移动天线来获得相关的剖面图像。地质雷达天线的发射端向地下发射高频电磁波，电磁波信号在地下传播时遇到不同介质的界面时就会发生反射，反射的电磁波被与发射端同步移动的天线接收端接收后，通过雷达主机精确记录反射回的电磁波的波形特征，再通过相关的技术处理，得到雷达剖面图，通过对剖面图波形特征的分析，判断测线位置下是否存在空洞或异常

3、。介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大。由于空洞内填充的介质与周边的介质存在明显的电性质差异，电磁波会在空洞的界面处发生反射，反射的电磁波由地面的接收天线接收，根据电磁波发射与反射波返回的时间差和介质中电磁波的传播速度来确定空洞距测量表面的距离，达到检出地下空洞位置的目的。电磁波传播时间与空洞深度的关系如下：其中：z：目标体深度，单位米；v：电磁波在介质中的传播速度，单位米/秒；c：电磁波在真空中的传播速度；：介质的相对介电常数，无单位；t：地质雷达记录的电磁波传播时间。通过这个公式，可以

4、将雷达接收到的双程走时转换为反射目标体的深度。地质雷达的工作原理见图1。地质雷达主要利用宽高频时域电磁脉冲波的反射探测目标体。地质雷达根据测得的电磁波传播时间，自动求出反射物的深度z和范围。图1地质雷达的工作原理示意图２、地质雷达探测方法的优点7地质雷达具备设备轻便、探测速度快、信号屏蔽效果好、分辨率高、对检测对象无破坏等优点。地质雷达系统通常由雷达主机、天线和连接光纤或电缆组成，能够在复杂的城市交通路面上快速拖动，采集数据速度快，无需特别准备，能够在短时间内迅速采集到大量的地下信息；地质雷达在进行

5、城市道路地下空洞探测时，使用的天线频率较高，因此可以得到高分辨率的探测结果；地质雷达系统对探测对象本身不产生破坏，达到完全的无损检测，达到保护探测对象的目的。3、天线的选择和参数设置根据检测工作分辨率的需要，通常选用两种频率的天线对测区进行探测，例如100MHz和500MHz屏蔽天线。雷达检测参数设置通常遵循如下原则：①采样频率（SamplingFrequency）：数值设置为大约天线频率的10倍，。采样频率与波形长度有关，采样频率越高，对应的时窗越小。②采样数（NumberofSamples）：采

6、样数设置较高，将会增大整个的时窗长度，降低采集速度并增大数据文件。③时窗（TimeWindow）：受采样频率和采样数的控制。时窗=采样数/采样频率。④触发间隔（TrigInterval）：数值大小会影响目标体在雷达图上的成像比例。经过试验对比，100MHz和500MHz屏蔽天线触发间隔分别为0.05m和0.02m时，图像效果较好。⑤叠加次数：自动叠加（AutoStacking），雷达系统自动执行尽可能多的叠加次数。7⑥触发方式：距离触发，连续采集数据。4、资料处理地质雷达在数据采集过程中，会受到其他

7、电磁信号、仪器噪音和复杂地下构造等因素的影响，仪器记录的信息除有用信号外，还会产生许多干扰信号，这些干扰信号降低了信号的信噪比，掩盖了真实异常并且经常产生假异常，使检测结果不准确，因此在利用雷达资料进行检测结果解释之前，还需要进行数字处理来压制干扰波，提高信号的信噪比。地质雷达资料处理的主要任务是依据地质雷达探测的基本原理，利用电磁波在介质中的传播规律和数字信号处理的方法，在计算机上对采集的雷达数据进行有效的滤波处理，使得到的记录中突出显示与地下信息的位置、形态、结构和大小等有效信息，为后期的解释服

8、务。通常需要采用的处理步骤有：①DCremoval：通常每道波形的振幅都存在一个常量的偏移，我们称之为直流偏移。这步处理将在数据中去除DC部分，每道波形都将被单独的计算，作用范围通常取时窗长度下部的三分之一，时窗开的越大，这个滤波作用效果越明显。②SubtractMean7Trace：这步处理通过减去一个所有道波形的平均值来在雷达图像上消除水平或近似水平的特征。这步处理的作用是通过减去一个一定道数或全部道数振幅的平均值在雷达图像上消除水平或近似水平的特征。处理后可以明