探地雷达在城市管线测量中的应用研究

赵越

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。

关键词：探地雷达；城市管线测量；地下管线探测

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。

一、探地雷达管线测量原理

探地雷达（GPR）是近年来随着科学技术的发展而发展起来的一种高新电磁探测技术，该方法无需破坏、开挖地表即可完成地下物体勘探，具有分辨率高、定位精准、图像实时显示等优点，在现代工程应用中逐步得以推广。探地雷达探测方法主要是利用 106～109Hz 波段的高频电磁波，通过特定仪器以宽频带短脉冲形式经发射天线的发射器送入地下，电磁波在土壤介质中传播，当遇到存在电性差异的地下目标体时，电磁波便在目标体表面发生反射（电磁波在同一种均匀介质中传播时是几乎不会发生任何反射现象的，而如果电磁波在传播过程中从一种介质到另一种介质时，由于两者存在电性差异，电磁波就会发生反射），反射回的电磁波回到地面并由接收天线所接收，根据接收到的雷达波形、振幅强度、双程时间等参数，通过分析和推断，从而确定地下管线的位置和埋深，实现对城市地下管线的测量。

在探地雷达探测金属和非金属管线测量中，金属材质管线（介电常数为 0，常见介质），探地雷达发射的所有电磁波在穿过土壤到达金属管线时几乎全部反射回来，因此，在相同条件下，金属管线在雷达影像上的反映比其他所有管线都要明显；非金属管线（如塑料介电常数为 3）与土壤的电性差异相对于金属来说并不明显，在雷达影像上的反映要比金属管线弱，但一般非金属管线内通常有空气或者其他物质填充，在多个界面也都可以发生反射，因此，根据探地雷达反射回来的信号强度也可以分辨非金属管线是否存在。

二、探地雷达管线测量方法

1.设定参数

LD9000 型探地雷达的参数主要包括：天线类型、时窗范围、触发方式及采样点数等。天线类型选择可根据实际需要选择相应的天线类型；时窗范围是屏幕显示出的最大深度范围，而不是雷达能够探测的最大深度，其范围可根据目标体可能的最大埋深设定，时窗范围的选择可参照：最大时窗=目标体可能的最大埋深 ×1.5×20 ns；数据采集的触发方式选Distance（距离触发/测距轮触发）；采样点数设置为单位距离的测距轮标定值“45”，此采样点数相当于采样间距大约为2.2 cm。

2.增益获取

LD9000型探地雷达采用指数增益方式，最小增益为一20 dB，最大增益为60 dB；负增益用于缩小信号强度，正增益用于放大信号强度。一般地，对接近地表的第一段数据宜进行负增益处理，对中深部数据宜进行放大处理（时窗变化后，必须重新设置增益参数，时窗大小不同，应采用不同的增益值）。

3.数据采集

设置好 LD9000 型探地雷达各项参数后，即可开始进行管线测量，推动小车天线，仪器屏幕上会显示经采集软件处理后的波形图像，根据各类管线分别对应的波形特征，从而确定待测定管线，同时，进行现场定位分析。

4.数据分析和定位

通过分析 LD9000 型采集的管线波形图像，利用显示的相位谱、振幅谱、频率谱等特征，通过对这些波形特征的分析，即可推断出地下管线的平面位置、埋深和材质，进一步可以从波形的大小推断管线管径的大小；当管线的反射面不明显的时候，可以从同相轴的连续性判断地下管线的平面位置。

三、探地雷達探测城市地下管线的具体应用以及实际案例分析

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。

2.实际案例分析

为了做好城市地下管线的规划建设工作，黑龙江省某地区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。本次探测的地点在黑龙江省某个市的 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。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。

四、结束语

探地雷达作为一种新的城市管线测量手段，解决了传统管线测量手段难以探测非金属管线的难题，同时，探地雷达管线测量凭借自身快速、精准、无需开挖等优势，在城市管线测绘中的作用逐步显现，并取得了良好的效果，为非金属管线探测和管线密集区域探测找到了新的解决方案和思路。

参考文献：

[1]樊济.探地雷达在城市管线测量中的应用研究[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2018（10）：191-192.

[2]郭志伟，潘长风.探地雷达在地下管线探测中的应用[J].山西建筑，2017，43（20）：202-203.

（作者单位：黑龙江和信勘测设计有限公司）