基于市政道路三维探地雷达检测技术研究

郭克慧

摘要：随着我国经济的迅速发展，作为经济发展动脉的道路建设也得到了迅猛发展。但配套的管理与维护没有相应地跟上，多地发生多起路面塌陷事件，严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序，为道路安全问题敲响了警钟。道路塌陷往往由脱空逐渐扩大而引发，具有隐蔽性、突发性、危害性，成为城市治理的重点和难点。而传统路基监测手段已很难满足大规模、高效率、高精度以及无损的道路养护监测需求。三维探地雷达作为近几年发展起来的无损探测技术，具有分辨率高、探测速度快、抗干扰能力强、异常定位准确的特点，已被广泛应用于道路地下病害探测。三维探地雷达具有三维阵列天线排列、操作轻便高效、真三维数据体采集和更高分辨率等优点，对空洞、脱空等道路病害体具有更高的测量精度和探测效果。因此，开展道路三维探地雷达检测技术的研究，对探地雷达三维探测与解释技术具有的重要的指导意义，

关键词：市政道路;三维探地雷达;检测技术

引言

在近几十年的发展历程中，我国国内的道路建设及其相关的事业，获得了极为快速的发展，新型结构，新型应用材料，新型技术工艺层出不穷，但是在侧重于集中力量投入发展建设的同一时间，当前已经检测到的道路结构的使用载荷也在日趋增长。一大批固有的桥梁和道路相继的步入老化期，无用期。因而，为了可以确切的保障道路桥梁构造的路线安稳牢固的运营开展，有需求也有必要对道路检测工程提出更高阶段的规范和要求，道路检测也会日趋重要。本文简要的介绍三维探地雷达检测技术的应用，为供相关人员参考。

1、三维探地雷达系统工作原理

与其他类型的技术相比三维探地雷达的独特性在于在开展工作的过程中能够在很大程度上对路面形成保护，不会导致路面损伤现象的发生。探地雷达检测法探地雷达检测法是以某个不变的波速穿透被测量桥梁的表面，声波以相对较短的脉冲持续不断地传播，被检测物体表面结构反射信号到检测设备接收器，检测设备根据所搜集信息的不同信号对应不同介电常数，连续检测信号振幅、频率等反馈材料材质的有效截面，物体形状、层厚度、掩埋特征等是影响脉冲信号传播的主要因素。探地雷达检测技术通常用于测量定位管道，完成加固区测量，该检测方法较为安全可靠，高频电磁脉冲通过天线传播，传播界面发生变化时部分电磁波会产生反射折射，此时接收器会记录介电常数变化情况，相同外壳中的发射天线与接收天线采用单声道操作，天线频率范围100-150MHz，通过集成系统扫描实现对反射信号的雷达追踪，并快速测绘出空洞与剥离程度，探地雷达技术在路桥工程中的设计应用范围更广，特别是在测量大量处于恶劣环境的通道结构或者混凝土桥梁结构时，可以精准定位金属管道，测量速度更快，在很大程度上保证路桥工程质量安全性。

2、道路桥梁进行检测的原因分析

道路桥梁需要进行定期检测的主要原因有以下三方面。第一，在道路桥梁建设的过程中进行检测，只能代表当时道路桥梁的质量，并不能够满足道路桥梁长期使用的要求，由于道路桥梁在投入运行以后，需要长期承受不同车辆造成的荷载，仅仅检测路面平整度和车辆运行情况是远远不够的，因此需要采取有效的检测技术进行检测，这样才能够保障道路桥梁长期安全的运行;第二，道路桥梁是沟通不同地区之间联系的基础，也是社会经济发展的基础，保证道路桥梁的安全性具有重要的意义，進行定期检测，可以及时发现存在的安全隐患，便于采取措施将安全隐患扼杀在萌芽之中;第三，道路桥梁在建设的过程中，由于一些建设方缺乏诚信，所使用的建筑材料质量较差，完全不能满足道路桥梁长期运行的要求，尤其是在投入运行一段时间以后，往往会出现地面凹陷、裂纹等情况，甚至还会导致重大安全事故的发生，严重危害到人民群众的生命财产安全，进行定期检测，能够有效减少质量问题所造成的生命财产损失。

3、三维探地雷达检测技术的应用

3.1数据收集

运用车载三维地基穿透雷达系统能够快速完成市政道路扫描，在进行市政道路扫描过程中扫描车辆速度可达60km/h～80km/h。在确保设备安全使用的前提下，研究道路状况、获取参数、检测速度之间的协调关系，确定三维地面穿透雷达在数据获取中的基本数据参数。根据不同的检测任务（空洞检测、管线检测、非金属管线检测等），研究三维地面穿透雷达的最佳检测参数，检测最佳检测数据，包括检测叠加时间、纵向采样间隔等核心参数。每个采样点多次收集叠加次数的数量，采用平均值排除噪声信号影响，但叠加次数的增加会影响收集速度。采样间隔是雷达行进方向的采样间隔，影响水平界面的雷达分辨率。通常，目标上至少有三个采样点，即目标物长度小于1/3采样间隔。

3.2数据处理

为了提高信噪比和增强地下目标信号的辨识度，通常需要对原始的雷达图像进行处理。本文主要对原始雷达图像进行了零时校正、去背景、增益、带通滤波和偏移处理。每个步骤的详细流程如下：（1）零时校正。零时校正的目的是修正雷达系统时延，使得地面反射信号基本处在零时刻的位置。（2）去背景。采用减平均道的方式去除雷达剖面中水平背景信号，即对雷达剖面图中所有道数据取平均，再从每道数据中减去。（3）增益。为了补偿电磁波在扩散和传播过程中能量损失，更加清晰地显示深处的目标信号，研究使用线性增益和指数增益处理雷达数据。其中，线性增益是为了补偿波前扩散导致的雷达波幅值衰减，指数增益是为了补偿雷达波在有耗介质中的衰减。（4）带通滤波。使用通带为100～500MHz的带通滤波器进行滤波，以抑制雷达图像中的低频和高频噪声。（5）偏移处理。分别使用二维偏移和三维偏移进行数据处理。二维偏移的处理对象是单个二维剖面图，三维偏移的处理对象则是整个三维雷达数据。偏移速度取0.08m·ns-1，即地下介质中雷达波速的估计值。

3.3异常识别

分析市政道路病害及其影响范围在其的主要道路区域普遍发生的地基坍塌规模远大于辅助道路面积。在汽车车道上，长时间推压路面、振动的车辆较多，路面下的空隙等疾病的隐藏危险逐渐增加，土壤层逐渐失去连接应力，路面的沥青层失去支撑力，引起了广泛的道路病害。但是，人行道的病害主要是由路面和地面砖下不均匀、密集的回填土壤引起的。有些区域位于绿色皮带的边缘。长期洒水会增加人行道下的土壤层含水量，造成人行道下的土壤层损失，形成空隙。城市地下疾病的种类分为空洞病、空化病、松散病、水丰富的异常等。缺陷程度（包括疾病平面范围、纵向扩展、顶表面埋没深度和疾病组合）的因素对道路塌陷和损伤程度有不同的影响。

结束语

市政道路工程是一项长期且极其复杂的工程项目，受到诸多不确定因素的影响，需要在确保工程整体施工质量的同时，利用三维探地雷达检测技术严格测量监测建设施工是否达到标准要求，还要检测工程材质的质量安全性，防止市政道路工程形变，以此保证市政道路工程整体建设质量。

参考文献

[1]赵向敏.沥青路面病害无损检测及养护技术研究[J].交通世界，2019（16）：14-15+19.

[2]李娟.路面技术状况检测与长期性能预测方法综述[J].广东交通职业技术学院学报，2018，17（02）：9-13+51.

[3]童峥.基于深度学习和探地雷达技术的路面结构病害检测研究[D].长安大学，2018.

[4]罗传熙.基于三维探地雷达的道路无损检测技术应用研究[D].华南理工大学，2018.

[5]张珍瑜，李小帅，任志华，姜元美，宁玉滢.隧道衬砌三维探测技术[J].铁道建筑，2017（07）：74-76.