微波技术在道路工程中的应用

长安大学公路学院 吴正莺 郄磊堂

内蒙古高等级公路建设开发有限责任公司 王新宽

微波技术在道路工程中的应用

长安大学公路学院 吴正莺 郄磊堂

内蒙古高等级公路建设开发有限责任公司 王新宽

微波是指波长在1mm～1000mm、频率在300MHz～300GHz范围之间的电磁波，因为它的波长与长波、中波以及短波相比，要小得多，所以被称为“微波”。微波技术作为近代科学研究的重大成就之一，几十年来，已经发展成为一门比较成熟的学科，在雷达、通信、导航、电子对抗等许多领域里得到了广泛的应用，而微波技术的另一个重要应用就是作为能源应用于工农业生产及人类的日常生活。本文，笔者针对微波技术在道路上的应用，做个简单的介绍。

一、微波技术在道路中的应用

微波技术在道路工程中的应用类型主要分为两大类：信号微波和功率微波。

1．探地雷达在道路工程检测中的应用。探地雷达是近十几年来发展起来的一种新兴有效的浅层地下目标探测手段。雷达发射出去的电磁波脉冲在到达接收天线时，综合了地下不同介质的物理信息，表现为波幅减小、频率降低、相位和反射时间发生变化等，波形变得与原始发射波形有较大差别，即电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收波的旅行时间、幅度与波形资料，可推断介质的结构。

探地雷达在道路工程检测中的应用广泛，常见用途包括：地层探测，对于公路选线、工点勘察等需要查明线路、工点点位的工程地质条件，其中首要的是查明地层剖面的岩性情况，利用探地雷达可以探测到所需要的信息。基岩面探测，隧道进出口、大型桥梁等工点对地基的附加应力影响深，利用探地雷达可以查明基岩起伏，确定隧道口和桥梁位置以及对基础进行处理；路基各层状况探测。路基结构的完整性是保证公路正常运行的基本条件，通过探地雷达无损检测，可以大致准确的探测路基各层的状况，对有损害路段进行及时维护。滑坡测定，利用滑坡体与母岩的电性差异解释探地雷达图像，确定滑坡体的厚度和宽度。 活动断层探测，由于新生代以来形成的松散地层受到雨水的冲刷和人为的破坏，地表活动迹象很难找到。利用探地雷达进行探测，可以查明新生代地层的错动情况。地下管线检测。面层厚度检测。

2．雷达测速仪在车辆测速领域的应用。为了减少车辆超速行驶，各国警察普遍装备测速仪。目前最常用的测速仪器为基于微波技术的雷达测速器。雷达测速器的原理是多普勒效应。假设雷达测速器发出一个频率为880兆赫的脉冲微波，如果微波射在静止不动的车辆上，被反射回来,它的反射波频率不会改变，仍然是880兆赫。反之如果车辆在行驶,而且速度很快，根据多普勒效应，反射波频率与发射波的频率就不相同。通过对这种微波频率微细变化的精确测定，求出频率的差异，最后通过计算机测算出车辆的速度。雷达测速器的测速范围大约在每小时23公里到198公里之间,测速范围比较大,精确度也相当高，车速在每小时100公里时，误差不会超过每小时1公里。

3．不停车收费系统。不停车收费系统（ETC）利用专用短程微波通讯技术，通过路侧单元与车载单元的信息交换，自动识别车辆，采用电子支付方式，自动完成车辆通行费的扣除。当ETC系统通过地感线圈检测到车辆进入ETC车道的时候，安装在龙门架上的路侧天线与安装在车内的电子标签自动进行信息交换，根据电子标签中存储的信息识别出车辆信息，并根据车主的使用情况从其账户中扣除通行费。整个收费过程无需人工干预，用户可以不停车快速通过。

ETC是国际上正努力开发并推广普及的一种用于道路、大桥和隧道的电子收费系统。建立不停车收费系统使车辆和道路系统智能化，可以从根本上杜绝收费票款的流失现象，解决道路拥挤、堵塞等弊端，提高道路运行安全和效率，保证安全快速的道路交通环境。因此，在我国研究和发展电子不停车收费系统具有重大的经济和社会效益，前景十分广阔。

二、功率微波的应用

功率微波技术在道路上的应用主要用在养护领域，包括微波除冰除雪、微波热再生、微波施工等。

早期的高速公路除雪除冰方法是使用扫雪车或者是直接在高速路面上撒盐，这两种方法效果都不理想。高速公路的养护距离一般都比较长，使用扫雪车除雪效率太低；如果碰到路面结冰，只能采用撒盐的方法除冰，盐粒除冰雪的效果很好，但是当路面的雪水化去后，会有大量的盐粒残留在高速公路路面，这对沥青路面很不利。功率微波技术在养护领域的应用充分利用了其可以加热介质材料的特性，可以用来加热沥青混合料和公路上的积雪，这方面的应用主要体现在微波养护车和微波除雪车的应用上。利用功率微波的加热原理加热沥青混凝土，使之软化达到施工需要的温度，以便于进行路面的修补，微波热再生技术直接促进了养护工艺的创新。另一方面，采用微波除雪车相比早期的除冰除雪方法也简洁方便得多，它可以快速、干净地清除高速公路路面的冰雪，并且没有任何污染。

对于路面加热方式还有红外加热和热传递加热，但是这两种加热方式均有因为加热温度过高而烧焦路面的问题，污染了环境，破坏了路面。而采用微波加热不但不会烧焦路面，加热温度梯度小，而且加热深度比前两种方式都要深，可以进行路面深层维修，方便路面养护施工。

本文，笔者简要介绍了不同类型微波技术在道路中的应用。其中探地雷达无损检测、雷达测速以及ETC在道路工程中得到了广泛的应用，而微波技术的加热特性亦在目前道路养护领域发挥了重大作用，特别是微波除冰除雪、微波热再生等，相比早期的养护方法具有可观的应用价值和环境经济效益。