探地雷达在城市管线测量中的应用研究

樊济

（湖南省第一测绘院，湖南 衡阳 421000）

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，这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。

图1 经处理后的探地雷达测量影像

图2 雷达探测影像对应的管线图资料

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 结论

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。